Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пассивная диффузия через клеточную мембрану .

Пассивный транспорт - это тип мембранного транспорта , который не требует энергии для перемещения веществ через клеточные мембраны . [1] [2] Вместо использования клеточной энергии , как активного транспорта , [3] пассивный транспорт опирается на второй закон термодинамики для приведения в движение веществ через клеточные мембраны. [1] [2] [4] По сути, вещества следуют первому закону Фика и перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, потому что это движение увеличивает энтропию всейсистема . [4] [5] Скорость пассивного транспорта зависит от проницаемости клеточной мембраны, которая, в свою очередь, зависит от организации и характеристик липидов и белков мембраны . [ необходима цитата ] Четыре основных вида пассивного транспорта - это простая диффузия , облегченная диффузия , фильтрация и / или осмос .

Распространение [ править ]

Основная статья: Распространение
Пассивная диффузия на клеточной мембране.

Распространение - это чистое перемещение материала из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Разница в концентрации между двумя областями часто называется градиентом концентрации , и диффузия будет продолжаться до тех пор, пока этот градиент не будет устранен. Поскольку диффузия перемещает материалы из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, она описывается как перемещение растворенных веществ «вниз по градиенту концентрации» (по сравнению с активным переносом, который часто перемещает материал из области с низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией, и поэтому называется перемещением материала «против градиента концентрации»). Однако во многих случаях (например, пассивный перенос лекарств) движущую силу пассивного транспорта нельзя упростить до градиента концентрации. Если на двух сторонах мембраны находятся разные растворы с разной равновесной растворимостью лекарственного средства, разница в степени насыщения является движущей силой пассивного мембранного транспорта. [6] Это также верно для перенасыщенных растворов, которые становятся все более и более важными в связи с распространением применения аморфных твердых дисперсий для повышения биодоступности лекарств.

Простая диффузия и осмос в некотором роде похожи. Простая диффузия - это пассивное движение растворенного вещества от высокой концентрации к более низкой концентрации до тех пор, пока концентрация растворенного вещества не станет равномерной и не достигнет равновесия. Осмос очень похож на простую диффузию, но он конкретно описывает движение воды (не растворенного вещества) через избирательно проницаемую мембрану до тех пор, пока на обеих сторонах мембраны не будет равной концентрации воды и растворенного вещества. Простая диффузия и осмос являются формами пассивного транспорта и не требуют энергии АТФ клетки .

Пример распространения: газообмен [ править ]

Биологический пример диффузии - это газообмен , происходящий во время дыхания в организме человека. [7] При вдыхании кислород попадает в легкие и быстро диффундирует через мембрану альвеол и попадает в систему кровообращения , диффундируя через мембрану легочных капилляров. [8] Одновременно двуокись углеродадвижется в противоположном направлении, диффундируя через мембрану капилляров и попадая в альвеолы, откуда можно выдохнуть. Процесс перемещения кислорода в клетки и выхода углекислого газа происходит из-за градиента концентрации этих веществ, каждое из которых перемещается от соответствующих областей с более высокой концентрацией к областям с более низкой концентрацией. [7] [8] Клеточное дыхание является причиной низкой концентрации кислорода и высокой концентрации углекислого газа в крови, что создает градиент концентрации. Поскольку газы маленькие и незаряженные, они могут проходить непосредственно через клеточную мембрану без каких-либо специальных мембранных белков. [9]Энергия не требуется, потому что движение газов следует первому закону Фика и второму закону термодинамики .

Облегченное распространение [ править ]

Основная статья: Облегченная диффузия
Изображение облегченной диффузии.

Облегченная диффузия, также называемая осмосом, опосредованным переносчиками, представляет собой перемещение молекул через клеточную мембрану через специальные транспортные белки, которые встроены в плазматическую мембрану, активно поглощая или исключая ионы. Активный транспорт протонов с помощью Н + АТФаз [10] изменяет мембранный потенциал, позволяя облегчить пассивный транспорт определенных ионов, таких как калий [11], вниз по градиенту заряда через транспортеры и каналы с высоким сродством.

Пример облегченного распространения: GLUT2 [ править ]

Примером облегченной диффузии является абсорбция глюкозы клетками через переносчик глюкозы 2 (GLUT2) в организме человека. [12] [13] Есть много других типов белков транспорта глюкозы , некоторые из которых требуют энергии и поэтому не являются примерами пассивного транспорта. [13] Поскольку глюкоза представляет собой большую молекулу, ей требуется специальный канал для облегчения ее проникновения через плазматические мембраны в клетки. [13] При диффузии в клетку через GLUT2 движущей силой, которая перемещает глюкозу в клетку, по-прежнему является градиент концентрации. [12]Основное различие между простой диффузией и облегченной диффузией состоит в том, что для облегченной диффузии требуется транспортный белок, чтобы «облегчить» или помочь веществу пройти через мембрану. [14] После еды клетка получает сигнал о перемещении GLUT2 в мембраны клеток, выстилающих кишечник, которые называются энтероцитами . [12] При наличии GLUT2 после еды и относительно высокой концентрации глюкозы вне этих клеток по сравнению с внутри них, градиент концентрации перемещает глюкозу через клеточную мембрану через GLUT2. [12] [13]

Фильтрация [ править ]

Основные статьи: Фильтрация и ультрафильтрация (почечная)
Фильтрация.

Фильтрация - это движение молекул воды и растворенных веществ через клеточную мембрану из-за гидростатического давления, создаваемого сердечно-сосудистой системой . В зависимости от размера пор мембраны через нее могут проходить только растворенные вещества определенного размера. Например, мембранные поры капсулы Боумена в почках очень малы, и только альбумины , самые маленькие из белков, имеют шанс пройти через них. С другой стороны, мембранные поры клеток печени чрезвычайно велики, но не забываем, что клетки чрезвычайно малы, чтобы позволить разнообразным растворенным веществам проходить через них и метаболизироваться.

Осмос [ править ]

Основные статьи: осмос и Тоничность
Влияние осмоса на клетки крови в различных растворах.

Осмос - это движение молекул водычерез избирательно проницаемую мембрану. Чистое движение молекул воды через частично проницаемую мембрану из раствора с высоким водным потенциалом в область с низким водным потенциалом. Ячейка с менее отрицательным водным потенциалом будет втягивать воду, но это также зависит от других факторов, таких как потенциал растворенного вещества (давление в ячейке, например, молекулы растворенного вещества) и потенциал давления (внешнее давление, например, стенка ячейки). Существует три типа осмосных растворов: изотонический раствор, гипотонический раствор и гипертонический раствор. Изотонический раствор - это когда концентрация внеклеточных растворенных веществ уравновешивается концентрацией внутри клетки. В изотоническом растворе молекулы воды все еще перемещаются между растворами, но скорости одинаковы в обоих направлениях,таким образом, движение воды уравновешивается между внутренней и внешней стороной ячейки. Гипотонический раствор - это когда концентрация растворенного вещества вне клетки ниже, чем концентрация внутри клетки. В гипотонических растворах водаперемещается в ячейку, вниз по градиенту ее концентрации (от более высоких к более низким концентрациям воды). Это может вызвать набухание клетки. Клетки, у которых нет клеточной стенки, например клетки животных, могут взорваться в этом растворе. Гипертонический раствор - это когда концентрация растворенного вещества выше (подумайте о гипер - как высокая), чем концентрация внутри клетки. В гипертоническом растворе вода выйдет наружу , заставляя клетку сжиматься.

См. Также [ править ]

  • Активный транспорт
  • Транспортные явления

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «5.2 Пассивный транспорт - Биология 2e | OpenStax» . openstax.org . Проверено 6 декабря 2020 .
  2. ^ a b «5.2A: роль пассивного транспорта» . Биология LibreTexts . 2018-07-10 . Проверено 6 декабря 2020 .
  3. ^ "5.3 Активный транспорт - Биология 2e | OpenStax" . openstax.org . Проверено 6 декабря 2020 .
  4. ^ a b Скин, Кейт Р. (2015). «Жизнь - это газ: термодинамическая теория биологической эволюции» . Энтропия . 17 (8): 5522–5548. Bibcode : 2015Entrp..17.5522S . DOI : 10.3390 / e17085522 .
  5. ^ «12.7 Явления молекулярного транспорта: диффузия, осмос и связанные процессы - Физика колледжа для курсов AP® | OpenStax» . openstax.org . Проверено 6 декабря 2020 .
  6. ^ Borbas, E .; и другие. (2016). «Исследование и математическое описание реальной движущей силы пассивного транспорта молекул лекарств из перенасыщенных растворов». Молекулярная фармацевтика . 13 (11): 3816–3826. DOI : 10.1021 / acs.molpharmaceut.6b00613 . PMID 27611057 . 
  7. ^ a b Вагнер, Питер Д. (01.01.2015). «Физиологические основы легочного газообмена: значение для клинической интерпретации газов артериальной крови» . Европейский респираторный журнал . 45 (1): 227–243. DOI : 10.1183 / 09031936.00039214 . ISSN 0903-1936 . PMID 25323225 .  
  8. ^ a b "22.4 Газообмен - Анатомия и физиология | OpenStax" . openstax.org . Проверено 6 декабря 2020 .
  9. ^ «3.1 Клеточная мембрана - анатомия и физиология | OpenStax» . openstax.org . Проверено 6 декабря 2020 .
  10. ^ Palmgren, Майкл Г. (2001-01-01). "РАСТИТЕЛЬНАЯ ПЛАЗМЕННАЯ МЕМБРАНА H + -АТФАЗЫ: электростанции для поглощения питательных веществ". Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 52 (1): 817–845. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.52.1.817 . PMID 11337417 . 
  11. ^ Дрейер, Инго; Уодзуми, Нобуюки (01.11.2011). «Калиевые каналы в клетках растений» . Журнал FEBS . 278 (22): 4293–4303. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2011.08371.x . ISSN 1742-4658 . PMID 21955642 . S2CID 12814450 .   
  12. ^ a b c d Келлетт, Джордж Л .; Брот-Ларош, Эдит; Мейс, Оливер Дж .; Leturque, Армель (2008). «Всасывание сахара в кишечнике: роль GLUT2» . Ежегодный обзор питания . 28 : 35–54. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.28.061807.155518 . ISSN 0199-9885 . PMID 18393659 .  
  13. ^ a b c d Чен, Лихонг; Туо, Бигуан; Донг, Хуэй (2016-01-14). «Регулирование кишечной абсорбции глюкозы ионными каналами и переносчиками» . Питательные вещества . 8 (1): 43. DOI : 10,3390 / nu8010043 . ISSN 2072-6643 . PMC 4728656 . PMID 26784222 .   
  14. ^ Купер, Джеффри М. (2000). «Транспорт малых молекул» . Клетка: молекулярный подход. 2-е издание .
  • Алькамо, И. Эдвард (1997). «Глава 2–5: Пассивный транспорт». Книжка-раскраска по биологии . Иллюстрации Джона Бергдала. Нью-Йорк: Рэндом Хаус. С. 24–25. ISBN 9780679778844.
  • Садава, Давид; Х. Крейг Хеллер; Гордон Х. Орианс; Уильям К. Первес; Дэвид М. Хиллис (2007). «Каковы пассивные процессы мембранного транспорта?» . Жизнь: наука о биологии (8-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. С.  105–110 . ISBN 9780716776710.
  • Шривастава, П.К. (2005). Элементарная биофизика: введение . Харроу: Alpha Science Internat. С. 140–148. ISBN 9781842651933.