ข้อมูล

ความแตกต่างระหว่างช่องโปรตีน ตัวพาโปรตีน และปั๊มโปรตีน?


ฉันกำลังทบทวนการสอบวิชาชีววิทยาและไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่างช่องโปรตีน สารพาหะ และปั๊ม ฉันรู้แล้ว:

  1. ช่องโปรตีนไม่ต้องการ ATP (การขนส่งแบบพาสซีฟ)
  2. ความแตกต่างระหว่างการขนส่งแบบพาสซีฟและแอคทีฟ

คำถามของฉันคือ:

  1. ตัวพาโปรตีนและปั๊มเหมือนกันหรือไม่?
  2. ฉันอ่านเจอมาว่าตัวพาโปรตีนสามารถขนส่งได้ทั้งแบบแอคทีฟและพาสซีฟ จริงหรือไม่?
  3. แต่ปั๊มโปรตีนมักต้องการ ATP หรือไม่?

  1. ไม่ สายการบินไม่เหมือนกับเครื่องสูบน้ำ ผู้ให้บริการอาจดำเนินการขนส่งแบบแอคทีฟหรือไม่ก็ได้ และปั๊มใช้พลังงานเสมอ ตัวอย่างเช่น ตัวพาสามารถใช้ประโยชน์จากการไล่ระดับความเข้มข้นของไอออนบางตัวที่สร้างขึ้นโดยปั๊มเพื่อขนส่งโมเลกุลอื่นๆ อย่างแข็งขันต่อการไล่ระดับของไอออน ตัวอย่างเช่น ตัวขนส่งกลูโคสใช้โซเดียมเกรเดียนท์ในการขนส่งกลูโคสกับเกรเดียนท์ของความเข้มข้นเข้าไปในเซลล์ ในขณะที่รับพลังงานโดยการขนส่งโซเดียมร่วมกันไปยังเซลล์ตามเกรเดียนต์ การนำเข้าโซเดียมให้พลังงาน อันเกิดจากนา+ K+-ATPase ซึ่งสร้างการไล่ระดับโซเดียมโดยใช้ ATP ตัวขนส่งกลูโคสเรียกว่า symporter เพราะมันขนส่งโซเดียมเข้าสู่เซลล์ร่วมกัน ผู้ต่อต้านขนย้ายอนุภาคอื่นไปในทิศทางตรงกันข้าม
  2. ใช่จริง ตัวขนส่งกลูโคสตามที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นตัวอย่างของการขนส่งโดยอาศัยผู้ให้บริการที่เป็นสื่อกลาง สารพาหะอื่นๆ เพียงแต่เป็นสื่อกลางในการแพร่กระจายแบบพาสซีฟของ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่พอดีผ่านช่องทางและจะไม่ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ในทันที
  3. ใช่ ปั๊มมักจะใช้พลังงานภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา แหล่งพลังงานอยู่เสมอ ATP

จะเพิ่มการอ้างอิงในไม่ช้า


ช่อง ตัวพา และปั๊ม

บทนำเกี่ยวกับหลักการของการขนส่งเมมเบรน: วิธีที่โมเลกุลและไอออนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยการแพร่แบบธรรมดาและโดยการใช้ส่วนประกอบเมมเบรนแบบพิเศษ (ช่องทาง ตัวพา และปั๊ม) เนื้อหาดังกล่าวเน้นถึงลักษณะเชิงปริมาณของการเคลื่อนไหวดังกล่าวและการตีความในแง่ของจลนพลศาสตร์การขนส่ง การศึกษาระดับโมเลกุลของช่องทาง ตัวพา และเครื่องสูบน้ำ ได้อธิบายไว้อย่างละเอียดตลอดจนหลักการเชิงโครงสร้างและความคล้ายคลึงกันพื้นฐานระหว่างตัวขนส่งต่างๆ กับความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการของพวกมัน คำนึงถึงกฎระเบียบของผู้ขนส่งและบทบาทของพวกเขาต่อสุขภาพและโรคด้วย

บทนำเกี่ยวกับหลักการของการขนส่งเมมเบรน: วิธีที่โมเลกุลและไอออนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยการแพร่แบบธรรมดาและโดยการใช้ส่วนประกอบเฉพาะของเมมเบรน (ช่อง ตัวพา และปั๊ม) เนื้อหานี้เน้นถึงลักษณะเชิงปริมาณของการเคลื่อนไหวดังกล่าวและการตีความในแง่ของจลนพลศาสตร์การขนส่ง การศึกษาระดับโมเลกุลของช่องทาง ตัวพา และเครื่องสูบมีการอธิบายโดยละเอียดตลอดจนหลักการเชิงโครงสร้างและความคล้ายคลึงกันพื้นฐานระหว่างตัวขนส่งต่างๆ กับความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการของพวกมัน คำนึงถึงกฎระเบียบของผู้ขนส่งและบทบาทของพวกเขาต่อสุขภาพและโรคด้วย


อะไรคือความแตกต่างระหว่างการแพร่และการอำนวยความสะดวกในการขนส่ง?

ใน การแพร่กระจายที่สะดวก, โมเลกุลสามารถผ่านได้ทั้งในทิศทางและตรงข้ามของการไล่ระดับความเข้มข้น เรียบง่าย การแพร่กระจาย อนุญาตให้ผ่านเฉพาะโมเลกุลขนาดเล็กและไม่มีขั้วผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย ยอมให้โมเลกุลขนาดใหญ่และขั้วผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา

ในทำนองเดียวกันการอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายเหมือนกับการอำนวยความสะดวกในการขนส่งหรือไม่? หนึ่ง, การแพร่กระจายที่สะดวก หมายถึงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลลดระดับความเข้มข้น (หรือไฟฟ้าเคมี) ในขณะที่ การคมนาคมสะดวก หมายถึงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลต่อต้านการไล่ระดับความเข้มข้น นี่จะเป็น การคมนาคมสะดวก.

ผู้คนยังถามอีกว่า อะไรคือความแตกต่างระหว่างการอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายและการออสโมซิส?

ออสโมซิส เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ อีกด้านหนึ่ง การแพร่กระจายที่สะดวก ไม่ต้องการโมเลกุลของน้ำเพื่อให้โมเลกุลอื่นถ่ายโอน สาขา ความแตกต่าง สามารถสังเกตได้ว่า ออสโมซิส ต้องการโมเลกุลของน้ำ แต่ การแพร่กระจายที่สะดวก ไม่ต้องการโมเลกุลของน้ำ

แบบทดสอบการแพร่กระจายและการอำนวยความสะดวกต่างกันอย่างไร

NS ความแตกต่างระหว่าง ทั้งสองคือ การแพร่กระจายที่สะดวก คือเมื่อโมเลกุลเดินทางผ่านเซลล์ในขณะที่ การแพร่กระจาย คือเมื่ออนุภาคเดินทางผ่านเซลล์


คำอธิบายทีละขั้นตอนของระบบขนส่งอิเล็กตรอน

ระบบการขนส่งอิเล็กตรอนสามารถสรุปได้เป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

ขั้นตอนที่ 1: การสร้างแรงกระตุ้นโปรตอน

ในขั้นตอนแรกของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน NADH + และ FADH2 โมเลกุลของไกลโคไลซิสและวัฏจักรของเคร็บถูกออกซิไดซ์เป็น NAD + และ FAD ตามลำดับ พร้อมกับการปลดปล่อยอิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีพลังงานสูง อิเล็กตรอนจะกระจายตัวเข้าสู่ เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ที่ประกอบด้วยชุดของโปรตีนเชิงซ้อนขนาดใหญ่

การส่งผ่านอิเล็กตรอนจากโปรตีนตัวพาหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งส่งผลให้สูญเสียพลังงานหรือ ATP บางส่วน จากนั้นเอทีพีจะถูกใช้จนหมดโดยโปรตีนเชิงซ้อนเพื่อย้ายโปรตอนจากเมทริกซ์ไปยังช่องว่างของเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นการแพร่กระจายของโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในจึงเป็นสื่อกลางผ่าน เคมีบำบัดซึ่งสร้าง a แรงกระตุ้นโปรตอน ข้ามการไล่ระดับไฟฟ้าเคมี

ขั้นตอนที่ 2: การสังเคราะห์โมเลกุลพลังงานสูง ATP

ไอออน H + สร้างแรงกระตุ้นของโปรตอนที่เอื้อต่อ ตกต่ำ ความเคลื่อนไหว ฝั่งตรงข้าม การไล่ระดับความเข้มข้น ของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ไอออน H + มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายกลับเข้าไปในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรียผ่านแชนเนลโปรตีนผ่าน a เอนไซม์ทรานส์เมมเบรน (ATP synthase) และด้วยเหตุนี้จึงผลิต ATP.

ขั้นตอนที่ 3: ลดออกซิเจน

เพื่อความต่อเนื่องของระบบการขนส่งอิเล็กตรอน จะต้องปล่อยอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับพลังงานออกทางตัวรับอิเล็กตรอน โอ2โมเลกุล ออกซิเจนรับอิเล็กตรอนจากคอมเพล็กซ์ที่สี่ ในที่สุด ตัวพาออกซิเจนจะเชื่อมโยงกับ โปรตอนฟรี และลดลงจนได้ผลผลิต ชม2โอ.

ส่วนประกอบของ ETS

ระบบขนส่งอิเล็กตรอนคือการรวมกันขององค์ประกอบต่อไปนี้:

คอมเพล็กซ์ฉัน

ประกอบด้วยฟลาวินโมโนนิวคลีโอไทด์และโปรตีนเหล็กกำมะถัน คอมเพล็กซ์ I หรือ “NADH ดีไฮโดรจีเนส” ออกซิไดซ์ NADH + เป็น NAD + และปล่อยอิเล็กตรอนสองตัวและโปรตอนสี่ตัว NADH dehydrogenase ปั๊มโปรตอนสี่ตัวออกจาก เมทริกซ์ เพื่อ ไซโตซอล และถ่ายเทอิเล็กตรอน 2 ตัวในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ดังนั้น NADH dehydrogenase จะสร้างความเข้มข้นของ H + ไอออนสูงตลอดการไล่ระดับทางไฟฟ้าเคมี

โคเอ็นไซม์-คิว หรือ “ยูบิควิโนน” เชื่อมต่อคอมเพล็กซ์ I และ II ยูบิควิโนนเป็นสารเชิงซ้อนที่ละลายในไขมัน ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระใน แกนไม่ชอบน้ำ ของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย Q ลดลงเป็น QH2 และส่งอิเล็กตรอนไปยังคอมเพล็กซ์ที่สาม Coenzyme-Q รับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจาก NADH และ FADH2 โมเลกุล

คอมเพล็กซ์II

ประกอบด้วยเอ็นไซม์ “ซัคซิเนต ดีไฮโดรจีเนส” และมีธาตุเหล็กและซัคซิเนต Complex II ออกซิไดซ์ FADH2 เข้าไปข้างใน แฟชั่น + . ซัคซิเนต ดีไฮโดรจีเนส บวก FADH2 ถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยตรงไปยัง ETC โดยผ่านคอมเพล็กซ์ I มันไม่ได้ให้พลังงานแก่คอมเพล็กซ์ I และผลิต ATP สองสามตัว

คอมเพล็กซ์ III

Cytochrome-b, Oxidoreductase หรือ ซับซ้อน III ประกอบด้วยโปรตีน Fe-S พร้อมศูนย์ Rieske (2Fe-Fs) ในไซโตโครม กลุ่มเทียมคือ heme, บรรทุกอิเล็กตรอน. เมื่ออิเล็กตรอนผ่านไป เหล็กจะลดลงเหลือ Fe 2+ และออกซิไดซ์เป็น Fe 3+ ดังนั้น cytochrome-b จึงถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังคอมเพล็กซ์ถัดไป นั่นคือ cytochrome c.

ไซโตโครม c

Cytochrome-c ยังประกอบด้วย โปรตีน Fe-S และกลุ่มฮีมเทียม เท่านั้นที่ยอมรับ หนึ่งอิเล็กตรอน ทีละครั้งและลำเลียงอิเล็กตรอนไปยังคอมเพล็กซ์ที่สี่ต่อไป

คอมเพล็กซ์ IV

ประกอบด้วย ไซโตโครม a และ NS3ซึ่งประกอบด้วยกลุ่ม heme สองกลุ่ม (กลุ่มละหนึ่งกลุ่ม) Cytochrome-a3 ประกอบด้วยไอออนทองแดงสามตัว (สอง CuNS และ หนึ่ง CuNS). หน้าที่ของ IV เชิงซ้อนคือการยึดตัวพาออกซิเจนไว้อย่างแน่นหนาระหว่างไอออนของเหล็กและทองแดง จนกระทั่งออกซิเจนลดลงเป็นโมเลกุลของน้ำ ออกซิเจนรวมกับ โปรตอนสองตัว โมเลกุลและ ปล่อยน้ำ โดยรักษาศักยภาพของเมมเบรนไอออน

คอมเพล็กซ์ V

เป็นช่องไอออนโปรตีนที่ประกอบด้วยเอนไซม์ทรานส์เมมเบรน (ATP-synthase หรือ ATP-synthase complex) คอมเพล็กซ์ V ช่วยให้สามารถผ่านโปรตอนจากความเข้มข้นสูงไปต่ำได้ ขัดต่อ การไล่ระดับสีที่อาจเกิดขึ้น ทางเดินเคมีของโปรตอนส่งผลให้ การหมุนของโมเลกุล ของเอนไซม์ ATP synthase ทำให้เกิดการปลดปล่อย ATP.

สรุปห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

ETS หมายถึงระบบที่ผลิตพลังงานในรูปของ ATP ผ่านชุดของปฏิกิริยาเคมี ETS ตั้งอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย ซึ่งประกอบด้วยสารเชิงซ้อนของโปรตีนตัวพาอิเล็กตรอน ตัวพาอิเล็กตรอน และโปรตีนแชนเนล อิเล็กตรอนผ่านจากคอมเพล็กซ์หนึ่งไปยังอีกคอมเพล็กซ์โดย ปฏิกิริยารีดอกซ์.

พลังงานอิสระระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนถูกจับเป็นเกรเดียนท์ของโปรตอนและถูกใช้จนหมดโดย ATP synthase เพื่อให้ได้ ATP ตัวพาอิเล็กตรอน Co-Q รับอิเล็กตรอนที่เกิดจากการลดลงของFADH2 และ NADH Coenzyme-Q ลดลงเป็น QH2 และส่งผ่านอิเล็กตรอนไปยังโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่สาม (cyt-b)

Complex III ประกอบด้วยกลุ่ม heme ซึ่ง Fe 3+ ลดลงเป็น Fe 2+ หลังจากยอมรับอิเล็กตรอนที่มาจาก Co-Q คอมเพล็กซ์ที่สามจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยัง cyt-c โดยที่ Fe 3+ จะลดลงเป็น Fe 2+ และถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังคอมเพล็กซ์ที่สี่

Complex IV ยอมรับอิเล็กตรอนและถ่ายโอนไปยังผู้ให้บริการออกซิเจน ออกซิเจนจะนำอิเลคตรอนที่ไม่มีพลังงานมารวมกับไอออนของโปรตอนอิสระในเมทริกซ์ และปล่อยของเสียออกมาในรูปของน้ำ

กลไกของระบบขนส่งอิเล็กตรอน

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนบางครั้งหมายถึง "ห่วงโซ่ทางเดินหายใจ” ซึ่งเป็นขั้นที่สามหรือขั้นสุดท้ายของ การหายใจระดับเซลล์. จำเป็นต้องมีออกซิเจนในการหายใจระดับเซลล์ พลังงานถูกผลิตขึ้นระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากผู้ให้บริการรายหนึ่งไปยังอีกรายหนึ่ง

เซลล์ควบคุมการสูญเสียพลังงานระหว่างการขนส่งอิเล็กตรอนเพื่อปั๊มโปรตอนเข้าไปในไซโตซอล มันสร้างการไล่ระดับเคมี การไล่ระดับเคมีจะถูกประจุโดยพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอน ในที่สุด พลังงานศักย์ แปลงเป็น พลังงานเคมี (ATP) โดย ATP synthase complex

ดังนั้นระบบขนส่งอิเล็กตรอนจึงเป็นกลไกในการผลิตพลังงานซึ่งเป็นไปตามหลักการของใช้พลังงานเพื่อสร้างพลังงาน” ETS มีปฏิกิริยารีดอกซ์หลายชุดซึ่งอิเล็กตรอนสูญเสียพลังงาน เมมเบรนใช้การสูญเสียพลังงานระหว่างการแพร่กระจายของโปรตอนกลับเข้าสู่เมทริกซ์และสร้างโมเลกุลพลังงานสูง ATP.

ที่ตั้งของ ETS

ระบบขนส่งอิเล็กตรอนและสารเชิงซ้อนของโปรตีน ร่วมกับโปรตีนแชนเนล ATP synthase ตั้งอยู่ใน เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน. ในแผนภาพ เราสามารถเห็นตำแหน่งของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งอยู่ระหว่างไซโตซอลและเมทริกซ์

มี สี่ ใหญ่ คอมเพล็กซ์โปรตีน ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนซึ่งเป็นสื่อกลางในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน นอกจากโปรตีนเชิงซ้อนแล้ว ยังมีตัวพาอิเล็กตรอนแต่ละตัวเช่น โคคิว และ Cyt-C.

ทั้ง coenzyme-Q และ cytochrome-C เป็นพาหะอิเล็กตรอนแบบกระจายซึ่งสามารถเดินทางภายในเมมเบรนได้ นอกจากนี้ยังมีหนึ่ง โปรตีนช่องไอออน (ATP-synthase) ที่เป็นสื่อกลางในการขนส่งโปรตอนลงไล่ระดับความเข้มข้นโดยสร้าง ATP

สมการของ ETC

ปฏิกิริยาโดยรวมในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนสามารถถูกจัดให้อยู่ในรูปเดียวกัน ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ต่อโมเลกุลของกลูโคสสามารถผลิต ATP ได้ 34 โมเลกุล ดังสมการด้านล่าง


ดังนั้นการผลิตสุทธิของพลังงานในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนคือ 34 ATP โมเลกุล


เภสัชพลศาสตร์—มุมมองทางเภสัชวิทยา

J.E. Campbell , D. Cohall , in Pharmacognosy , 2017

26.2.1.1 โปรตีนตัวพาเมมเบรน

โปรตีนพาหะของเมมเบรนเป็นโมเลกุลโพลีเปปไทด์ทรานส์เมมเบรนที่สำคัญซึ่งอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและไอออนที่มีประจุและขั้วผ่านโครงสร้างไขมัน bilayer ของเยื่อหุ้มเซลล์ [4] โปรตีนพาหะมักพบในเนื้อเยื่อซึ่งทำหน้าที่อย่างกว้างขวางในการดูดซึมและการขับถ่ายของโมเลกุล ดังนั้นสิ่งเหล่านี้สามารถพบได้อย่างกว้างขวางในทางเดินอาหารและไต [5–7] . โปรตีนพาหะยังเป็นโมเลกุลโปรตีนที่มีโครงสร้างและทำหน้าที่สำคัญ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการแพร่ที่อำนวยความสะดวกและการขนส่งเชิงรุก กระบวนการเหล่านี้เป็นกลไกสองอย่างที่นำมาใช้ในบทเกี่ยวกับเภสัชจลนศาสตร์ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการกระจายยาและโมเลกุลอื่นๆ ไปยังเป้าหมายของยาที่เกี่ยวข้อง (รูปที่ 26.1)

รูปที่ 26.1 . โปรตีนทรานส์เมมเบรนซึ่งประกอบไปด้วยไขมันไบเลเยอร์ของเยื่อหุ้มเซลล์ โมเลกุลขนาดใหญ่สามารถเป็นได้ทั้งโครงสร้างและหน้าที่

โปรตีนพาหะของทรานส์เมมเบรนได้รับการเปลี่ยนแปลงรูปแบบตามการจับของโมเลกุลและอิออนที่มีขั้วที่ตำแหน่งการจับของพวกมันบนโปรตีนพาหะซึ่งส่งผลให้การเคลื่อนที่ของโมเลกุลและไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นไปอย่างสะดวก ยามีปฏิกิริยากับโปรตีนพาหะโดยยึดตำแหน่งจับของโมเลกุลและไอออนของขั้วหรือโดยยึดติดกับตำแหน่งอัลโลสเตอริกเพื่อปรับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและไอออนของขั้วผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งจะส่งผลให้เกิดผลกระทบ [7] Reserpine ซึ่งเป็นอินโดลอัลคาลอยด์ที่ได้มาจากรากของ Rauwolfia คดเคี้ยวไปมาเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถสกัดกั้นโปรตีนพาหะนำพาโมโนเอมีนที่เป็นตุ่มและป้องกันการจัดเก็บสารสื่อประสาทคาเทโคลามีน

โปรตีนพาหะบางชนิดยังสามารถทำงานในการเคลื่อนที่แบบคู่ของโมเลกุลและไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอินทรีย์ โปรตีนพาหะเหล่านี้จัดอยู่ในประเภท symport และ antiport carriers [4] การจับคู่และการจับของโมเลกุลและไอออนเหล่านี้เป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำงานของโปรตีนพาหะ ( รูปที่ 26.2 )

รูปที่ 26.2 . โปรตีนพาหะยังสามารถทำหน้าที่เป็นโปรตีนขนส่งร่วม ผู้ให้บริการ Antiport และ symport มีลักษณะเฉพาะ ยามีปฏิกิริยากับโปรตีนพาหะเหล่านี้โดยจับกับตำแหน่งจับของโมเลกุลและไอออนของขั้วและโดยการจับที่ตำแหน่งอัลโลสเตอริก

26.2.1.1.1 ผู้ให้บริการ Symport

โปรตีนพาหะของ Symport ช่วยอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลขั้วและ/หรืออิออนที่ด้านนอกเซลล์หรือภายในเซลล์ของเยื่อหุ้มเซลล์ [8] โปรตีนพาหะ Na-K-2Cl เป็นตัวอย่างที่น่าสังเกตของสารสื่อผสมแบบซิมพอร์ต มีบทบาทสำคัญในการหลั่งเกลือในเซลล์เยื่อบุผิวที่หลั่งออกมาพร้อมกับการดูดซึมเกลือของไตกลับคืนมา อีกตัวอย่างหนึ่งที่น่าสังเกตคือตัวขนส่งกลูโคสที่ขึ้นกับ Na + ซึ่งออกฤทธิ์ในเยื่อบุกระเพาะอาหารและในท่อไต

26.2.1.1.2 ผู้ให้บริการต่อต้านท่าเรือ

โปรตีนพาหะของแอนติพอร์ตช่วยอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลขั้วและ/หรือไอออนในทิศทางตรงกันข้ามข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ [8] โปรตีนพาหะของแอนติพอร์เตอร์สามารถถูกแสดงตัวอย่างด้วยตัวแลกเปลี่ยน Na + /Ca 2+ ระบบนี้ถูกใช้โดยเซลล์จำนวนมากในการกำจัดแคลเซียมไซโตพลาสซึมโดยการแลกเปลี่ยนไอออน Ca 2+ กับไอออน Na + สามตัวสำหรับการควบคุมระดับไซโตซอลิก Ca 2+


5.2 การขนส่งแบบพาสซีฟ

การป้องกันภาวะขาดน้ำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทั้งพืชและสัตว์ น้ำเคลื่อนผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาโดยการแพร่กระจายชนิดหนึ่งที่เรียกว่าออสโมซิส การไล่ระดับความเข้มข้นของน้ำข้ามเมมเบรนเป็นสัดส่วนผกผันกับความเข้มข้นของตัวถูกละลาย กล่าวคือ น้ำเคลื่อนผ่านโปรตีนช่องที่เรียกว่า aquaporins จากความเข้มข้นของน้ำที่สูงขึ้นไปจนถึงความเข้มข้นของน้ำที่ลดลง ความเข้มข้นของตัวถูกละลายภายนอกและภายในเซลล์มีผลต่ออัตราการออสโมซิส Tonicity อธิบายว่าความเข้มข้นนอกเซลล์ของตัวถูกละลายสามารถเปลี่ยนปริมาตรของเซลล์ได้อย่างไรโดยส่งผลต่อการออสโมซิส ซึ่งมักจะสัมพันธ์กับออสโมลาริตีของสารละลาย กล่าวคือ ความเข้มข้นของตัวถูกละลายรวมของสารละลาย ในสถานการณ์ hypotonic เนื่องจากของเหลวนอกเซลล์มีความเข้มข้นของตัวถูกละลาย (ออสโมลาริตีต่ำกว่า) ต่ำกว่าของเหลวภายในเซลล์ น้ำจึงเข้าสู่เซลล์ ทำให้เกิดอาการบวมและอาจแตกออก ผนังเซลล์ของพืชป้องกันไม่ให้พวกมันแตกออก แต่เซลล์สัตว์ เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง สามารถแตกตัวได้ เมื่อเซลล์ถูกวางในสารละลายไฮเปอร์โทนิก น้ำจะออกจากเซลล์เนื่องจากเซลล์นั้นมีศักยภาพของน้ำที่สูงกว่าสารละลายนอกเซลล์ เมื่อความเข้มข้นของตัวถูกละลายเท่ากันทั้งสองด้านของเมมเบรน (ไอโซโทนิก) จะไม่มีการเคลื่อนที่ของน้ำเข้าหรือออกจากเซลล์ สิ่งมีชีวิตได้พัฒนาวิธีต่างๆ ในการรักษาสมดุลออสโมติก เช่น ปลาทะเลจะหลั่งเกลือส่วนเกินออกทางเหงือกเพื่อรักษาสภาวะสมดุลแบบไดนามิก

ข้อมูลที่นำเสนอและตัวอย่างที่เน้นในส่วนสนับสนุนแนวคิดและวัตถุประสงค์การเรียนรู้ที่ระบุไว้ใน Big Idea 2 ของ AP ® Biology Curriculum Framework วัตถุประสงค์การเรียนรู้ที่ระบุไว้ในกรอบโครงสร้างหลักสูตรเป็นพื้นฐานที่โปร่งใสสำหรับหลักสูตร AP ® Biology ประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการตามการสอบถาม กิจกรรมการสอน และคำถามเกี่ยวกับการสอบ AP ® วัตถุประสงค์การเรียนรู้ผสานเนื้อหาที่จำเป็นเข้ากับแนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์อย่างน้อยหนึ่งข้อจากเจ็ดข้อ

ความรู้ที่จำเป็น 2.B.2 การเจริญเติบโตและสภาวะสมดุลแบบไดนามิกจะคงอยู่โดยการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
การปฏิบัติวิทยาศาสตร์ 1.4 นักเรียนสามารถใช้การนำเสนอและแบบจำลองเพื่อวิเคราะห์สถานการณ์หรือแก้ปัญหาในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ
การปฏิบัติวิทยาศาสตร์ 3.1 นักเรียนสามารถตั้งคำถามทางวิทยาศาสตร์ได้
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 2.11 นักเรียนสามารถสร้างแบบจำลองที่เชื่อมโยงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีโครงสร้างและหน้าที่ของเมมเบรน
ความรู้ที่จำเป็น 2.B.2 การเจริญเติบโตและสภาวะสมดุลแบบไดนามิกจะคงอยู่โดยการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
การปฏิบัติวิทยาศาสตร์ 1.4 นักเรียนสามารถใช้การนำเสนอและแบบจำลองเพื่อวิเคราะห์สถานการณ์หรือแก้ปัญหาในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ
การปฏิบัติวิทยาศาสตร์ 3.1 นักเรียนสามารถตั้งคำถามทางวิทยาศาสตร์ได้
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 2.12 นักเรียนสามารถใช้การนำเสนอและแบบจำลองเพื่อวิเคราะห์สถานการณ์หรือแก้ปัญหาในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณเพื่อตรวจสอบว่าสภาวะสมดุลแบบไดนามิกนั้นคงอยู่โดยการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

การสนับสนุนครู

พูดคุยกับนักเรียนว่าเยื่อกึ่งซึมผ่านได้คืออะไร และเยื่อเทียมสามารถนำมาใช้เพื่อทำให้น้ำบริสุทธิ์โดยใช้รีเวิร์สออสโมซิสได้อย่างไร สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม ไปที่นี่

นักเรียนอาจคิดว่าการแพร่กระจายและออสโมซิสเหมือนกันและสามารถใช้แทนกันได้ พูดคุยกับนักเรียนถึงความแตกต่างระหว่างการแพร่และการออสโมซิส การแพร่กระจายคือการเคลื่อนที่ของตัวถูกละลายจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ออสโมซิสคือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำอิสระผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ ตามระดับความเข้มข้นของน้ำข้ามเมมเบรน ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับความเข้มข้นของตัวถูกละลาย ในการแพร่กระจาย ตัวถูกละลายจะเคลื่อนที่ ในการดูดซึมน้ำจะเคลื่อนที่ ทั้งสองเป้าหมายเหมือนกัน: เพื่อสร้างสมดุลให้ความเข้มข้นของตัวถูกละลาย

คำถามเพื่อฝึกปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์มีคำถามทดสอบเพิ่มเติมสำหรับส่วนนี้ซึ่งจะช่วยให้คุณเตรียมตัวสำหรับการสอบ AP คำถามเหล่านี้กล่าวถึงมาตรฐานต่อไปนี้:
[APLO 2.25][APLO 2.27][APLO 4.3][APLO 4.17][APLO1.9] [APLO 2.16][APLO 2.17][APLO 2.18]

พลาสมาเมมเบรนต้องยอมให้สารบางชนิดเข้าและออกจากเซลล์ และป้องกันไม่ให้สารอันตรายบางชนิดเข้ามาและวัสดุที่จำเป็นบางอย่างหลุดออกไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง เยื่อหุ้มพลาสมาสามารถซึมผ่านได้แบบคัดเลือก—พวกมันยอมให้สารบางชนิดผ่านเข้าไปได้ แต่บางชนิดไม่สามารถผ่านได้ หากพวกเขาสูญเสียการคัดเลือกนี้ เซลล์จะไม่สามารถดำรงอยู่ได้อีกต่อไปและจะถูกทำลาย เซลล์บางเซลล์ต้องการสารจำเพาะในปริมาณที่มากกว่าเซลล์อื่นๆ พวกมันต้องมีวิธีการได้สารเหล่านี้จากของเหลวนอกเซลล์ สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นอย่างเฉยเมย เนื่องจากวัสดุบางชนิดเคลื่อนที่ไปมา หรือเซลล์อาจมีกลไกพิเศษที่อำนวยความสะดวกในการขนส่ง วัสดุบางชนิดมีความสำคัญต่อเซลล์มากจนใช้พลังงานบางส่วน ไฮโดรไลซ์อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) เพื่อให้ได้วัสดุเหล่านี้ เซลล์เม็ดเลือดแดงใช้พลังงานบางส่วนในการทำเช่นนั้น เซลล์ส่วนใหญ่ใช้พลังงานส่วนใหญ่เพื่อรักษาความไม่สมดุลของโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนระหว่างภายในและภายนอกเซลล์

รูปแบบที่ตรงที่สุดของการขนส่งเมมเบรนเป็นแบบพาสซีฟ การขนส่งแบบพาสซีฟเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และไม่ต้องการให้เซลล์ออกแรงใดๆ เพื่อให้การเคลื่อนไหวสำเร็จ ในการขนส่งแบบพาสซีฟ สารจะเคลื่อนจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า พื้นที่ทางกายภาพที่มีช่วงความเข้มข้นของสารเดี่ยวมีการกล่าวกันว่ามีการไล่ระดับความเข้มข้น

การซึมผ่านแบบเลือกได้

พลาสมาเมมเบรนไม่สมมาตร: ด้านในของเมมเบรนไม่เหมือนกับด้านนอกของเมมเบรน ในความเป็นจริง มีความแตกต่างกันมากระหว่างอาร์เรย์ของฟอสโฟลิปิดและโปรตีนระหว่างแผ่นพับสองแผ่นที่สร้างเมมเบรน ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนบางชนิดทำหน้าที่ยึดเมมเบรนกับเส้นใยของโครงร่างโครงกระดูก มีโปรตีนส่วนปลายที่ด้านนอกของเมมเบรนซึ่งจับองค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์ นอกจากนี้ยังพบคาร์โบไฮเดรตที่ติดอยู่กับไขมันหรือโปรตีนที่ผิวด้านนอกของเมมเบรนในพลาสมา คอมเพล็กซ์คาร์โบไฮเดรตเหล่านี้ช่วยให้เซลล์จับสารที่เซลล์ต้องการในของเหลวนอกเซลล์ สิ่งนี้เพิ่มอย่างมากให้กับลักษณะเฉพาะของพลาสมาเมมเบรน (รูปที่ 5.7)

โปรดจำไว้ว่าเยื่อหุ้มพลาสมาเป็นแบบสะเทินน้ำสะเทินบก: มีบริเวณที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ ลักษณะนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่ของวัสดุบางอย่างผ่านเมมเบรนและขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัสดุอื่นๆ วัสดุที่ละลายได้ในไขมันที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำสามารถเลื่อนผ่านแกนไขมันที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรนได้อย่างง่ายดาย สารต่างๆ เช่น วิตามิน A, D, E และ K ที่ละลายในไขมันจะผ่านเข้าไปในเยื่อหุ้มพลาสมาในทางเดินอาหารและเนื้อเยื่ออื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย ยาและฮอร์โมนที่ละลายในไขมันยังเข้าสู่เซลล์ได้ง่ายและขนส่งไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะของร่างกายได้อย่างง่ายดาย ในทำนองเดียวกัน โมเลกุลของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ไม่มีประจุ ดังนั้นจึงผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยการแพร่อย่างง่าย

สารที่มีขั้วทำให้เกิดปัญหากับเมมเบรน แม้ว่าโมเลกุลขั้วบางตัวจะเชื่อมต่อกับภายนอกเซลล์ได้ง่าย แต่ก็ไม่สามารถผ่านแกนไขมันของเมมเบรนในพลาสมาได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ ในขณะที่อิออนขนาดเล็กสามารถเล็ดลอดผ่านช่องว่างในโมเสคของเมมเบรนได้อย่างง่ายดาย ประจุของไอออนจะป้องกันไม่ให้ทำเช่นนั้น ไอออน เช่น โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม และคลอไรด์ ต้องมีวิธีการพิเศษในการเจาะเยื่อหุ้มพลาสมา น้ำตาลอย่างง่ายและกรดอะมิโนยังต้องการความช่วยเหลือในการขนส่งข้ามเยื่อหุ้มพลาสมา ซึ่งทำได้โดยโปรตีนเมมเบรน (ช่องสัญญาณ) ต่างๆ

การแพร่กระจาย

การแพร่กระจายเป็นกระบวนการขนส่งแบบพาสซีฟ สารเดี่ยวมีแนวโน้มที่จะย้ายจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำจนกว่าความเข้มข้นจะเท่ากันทั่วทั้งพื้นที่ คุณคุ้นเคยกับการแพร่กระจายของสารในอากาศ ตัวอย่างเช่น ลองนึกถึงคนที่เปิดขวดแอมโมเนียในห้องที่เต็มไปด้วยผู้คน ก๊าซแอมโมเนียอยู่ที่ความเข้มข้นสูงสุดในขวด ความเข้มข้นต่ำสุดอยู่ที่ขอบห้อง ไอแอมโมเนียจะกระจายหรือกระจายออกจากขวดและค่อยๆ ผู้คนจำนวนมากขึ้นจะได้กลิ่นแอมโมเนียเมื่อแพร่กระจาย วัสดุเคลื่อนที่ภายในไซโตซอลของเซลล์โดยการแพร่กระจาย และวัสดุบางชนิดเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาโดยการแพร่ (รูปที่ 5.8) การแพร่กระจายไม่มีพลังงาน ในทางตรงกันข้าม การไล่ระดับความเข้มข้นเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานศักย์ ซึ่งสลายไปเมื่อไล่ระดับความชันออกไป

สารที่แยกจากกันในตัวกลาง เช่น ของเหลวนอกเซลล์ มีการไล่ระดับความเข้มข้นของตัวเอง โดยไม่ขึ้นกับการไล่ระดับความเข้มข้นของวัสดุอื่นๆ นอกจากนี้ สารแต่ละชนิดจะกระจายไปตามระดับความลาดชันนั้น ภายในระบบจะมีอัตราการแพร่กระจายของสารต่างๆในตัวกลางต่างกัน

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการแพร่กระจาย

โมเลกุลเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในลักษณะสุ่มในอัตราที่ขึ้นอยู่กับมวล สภาพแวดล้อม และปริมาณพลังงานความร้อนที่พวกมันมีอยู่ ซึ่งในทางกลับกันก็คือหน้าที่ของอุณหภูมิ การเคลื่อนไหวนี้อธิบายการแพร่กระจายของโมเลกุลผ่านตัวกลางใด ๆ ก็ตามที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น สารจะมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่เข้าไปในพื้นที่ใด ๆ ที่มีอยู่จนกว่าจะมีการกระจายตัวทั่วถึง หลังจากที่สารได้กระจายไปทั่วพื้นที่จนหมด ลบระดับความเข้มข้นของสารออกไปแล้ว โมเลกุลจะยังคงเคลื่อนที่ไปมาในอวกาศ แต่จะไม่มี สุทธิ การเคลื่อนที่ของจำนวนโมเลกุลจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง การขาดการไล่ระดับความเข้มข้นซึ่งไม่มีการเคลื่อนที่สุทธิของสารนี้เรียกว่าสมดุลไดนามิก ในขณะที่การแพร่กระจายจะดำเนินต่อไปเมื่อมีความเข้มข้นของสารไล่ระดับ ปัจจัยหลายประการส่งผลต่ออัตราการแพร่

  • ขอบเขตของการไล่ระดับความเข้มข้น: ยิ่งความเข้มข้นต่างกันมาก การแพร่กระจายก็จะยิ่งเร็วขึ้น ยิ่งการกระจายของวัสดุเข้าใกล้สมดุลมากเท่าใด อัตราการแพร่ก็จะยิ่งช้าลงเท่านั้น
  • มวลของโมเลกุลที่กระจัดกระจาย: โมเลกุลที่หนักกว่าจะเคลื่อนที่ช้ากว่าจึงกระจายตัวได้ช้ากว่า สิ่งที่ตรงกันข้ามคือความจริงสำหรับโมเลกุลที่เบากว่า
  • อุณหภูมิ: อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มพลังงานและทำให้การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มอัตราการแพร่ อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะลดพลังงานของโมเลกุล ทำให้อัตราการแพร่ลดลง
  • ความหนาแน่นของตัวทำละลาย: เมื่อความหนาแน่นของตัวทำละลายเพิ่มขึ้น อัตราการแพร่กระจายจะลดลง โมเลกุลช้าลงเพราะมีช่วงเวลาที่ยากลำบากกว่าที่จะผ่านตัวกลางที่หนาแน่นกว่า ถ้าตัวกลางมีความหนาแน่นน้อยกว่า การแพร่กระจายจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเซลล์ส่วนใหญ่ใช้การแพร่กระจายเพื่อเคลื่อนย้ายวัสดุภายในไซโตพลาสซึม การเพิ่มความหนาแน่นของไซโตพลาสซึมใดๆ จะยับยั้งการเคลื่อนที่ของวัสดุ ตัวอย่างนี้คือบุคคลที่ประสบภาวะขาดน้ำ เมื่อเซลล์ของร่างกายสูญเสียน้ำ อัตราการแพร่กระจายในไซโตพลาสซึมจะลดลง และการทำงานของเซลล์ลดลง เซลล์ประสาทมักจะไวต่อผลกระทบนี้มาก ภาวะขาดน้ำมักนำไปสู่การหมดสติและอาจโคม่าเนื่องจากอัตราการแพร่ภายในเซลล์ลดลง
  • ความสามารถในการละลาย: ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ วัสดุที่ไม่มีขั้วหรือละลายในไขมันจะผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาได้ง่ายกว่าวัสดุที่มีขั้ว ทำให้อัตราการแพร่เร็วขึ้น
  • พื้นที่ผิวและความหนาของพลาสมาเมมเบรน: พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มอัตราการแพร่ ในขณะที่เมมเบรนที่หนากว่าจะลดขนาดลง
  • ระยะทางที่เดินทาง: ยิ่งระยะทางที่สารต้องเดินทางมากเท่าใด อัตราการแพร่กระจายก็จะช้าลงเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้ข้อจำกัดบนขนาดเซลล์ เซลล์ทรงกลมขนาดใหญ่จะตายเพราะสารอาหารหรือของเสียไม่สามารถไปถึงหรือออกจากศูนย์กลางของเซลล์ได้ตามลำดับ ดังนั้น เซลล์จะต้องมีขนาดเล็ก เช่นเดียวกับในกรณีของโปรคาริโอตจำนวนมาก หรือถูกทำให้แบน เช่นเดียวกับยูคาริโอตเซลล์เดียวจำนวนมาก

ความผันแปรของการแพร่กระจายคือกระบวนการกรอง ในการกรอง วัสดุเคลื่อนที่ตามระดับความเข้มข้นผ่านเมมเบรนในบางครั้ง อัตราการแพร่กระจายจะเพิ่มขึ้นด้วยแรงดัน ทำให้สารกรองได้รวดเร็วยิ่งขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นในไตซึ่งความดันโลหิตบังคับให้น้ำปริมาณมากและสารที่ละลายหรือละลายออกจากเลือดและเข้าไปในท่อไต อัตราการแพร่ในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับความดันเกือบทั้งหมด ผลกระทบอย่างหนึ่งของความดันโลหิตสูงคือการปรากฏตัวของโปรตีนในปัสสาวะ ซึ่งถูก "ดันผ่าน" โดยความดันสูงผิดปกติ

การคมนาคมสะดวก

ในการเคลื่อนย้ายที่สะดวก เรียกอีกอย่างว่าการอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย วัสดุจะกระจายไปทั่วพลาสมาเมมเบรนด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนเมมเบรน มีการไล่ระดับความเข้มข้นซึ่งจะทำให้วัสดุเหล่านี้แพร่กระจายเข้าไปในเซลล์โดยไม่ใช้พลังงานของเซลล์ อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่มีขั้วซึ่งถูกขับไล่โดยส่วนที่ไม่ชอบน้ำของเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนในการขนส่งที่อำนวยความสะดวกจะปกป้องวัสดุเหล่านี้จากแรงผลักของเมมเบรน ทำให้พวกมันสามารถแพร่กระจายเข้าไปในเซลล์ได้

วัสดุที่ขนส่งจะถูกยึดติดกับตัวรับโปรตีนหรือไกลโคโปรตีนในขั้นแรกบนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนในพลาสมา ซึ่งช่วยให้สามารถขจัดวัสดุที่เซลล์ต้องการออกจากของเหลวนอกเซลล์ได้ จากนั้นสารจะถูกส่งไปยังโปรตีนอินทิกรัลเฉพาะที่อำนวยความสะดวกในการเดิน โปรตีนที่สำคัญบางส่วนเหล่านี้เป็นคอลเล็กชันของแผ่นจีบแบบเบตาที่สร้างรูพรุนหรือช่องผ่านฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ บางชนิดเป็นโปรตีนพาหะซึ่งจับกับสารและช่วยในการแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

ช่อง

โปรตีนที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการอำนวยความสะดวกในการขนส่งถูกเรียกรวมกันว่าโปรตีนสำหรับการขนส่ง และพวกมันทำหน้าที่เป็นช่องทางสำหรับวัสดุหรือตัวพา ในทั้งสองกรณี พวกมันคือโปรตีนเมมเบรน ช่องเป็นช่องเฉพาะสำหรับสารที่กำลังขนส่ง โปรตีนแชนเนลมีโดเมนที่ชอบน้ำที่เปิดเผยต่อของเหลวภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ พวกมันยังมีช่องที่ชอบน้ำผ่านทางแกนของพวกมันเพิ่มเติมซึ่งจัดให้มีช่องเปิดไฮเดรตผ่านชั้นเมมเบรน (รูปที่ 5.9) การส่งผ่านช่องทางช่วยให้สารประกอบที่มีขั้วสามารถหลีกเลี่ยงชั้นกลางที่ไม่มีขั้วของเยื่อหุ้มพลาสมาซึ่งอาจทำให้ช้าลงหรือป้องกันไม่ให้เข้าสู่เซลล์ Aquaporins เป็นโปรตีนแชนเนลที่ช่วยให้น้ำผ่านเมมเบรนได้ในอัตราที่สูงมาก

โปรตีนช่องเปิดตลอดเวลาหรือเป็น "รั้วรอบขอบชิด" ซึ่งควบคุมการเปิดช่อง การเกาะติดของไอออนเฉพาะกับโปรตีนช่องอาจควบคุมการเปิด หรือกลไกหรือสารอื่นๆ อาจเกี่ยวข้อง ในเนื้อเยื่อบางชนิด โซเดียมและคลอไรด์ไอออนจะทะลุผ่านช่องเปิดได้อย่างอิสระ ในขณะที่ในเนื้อเยื่ออื่นๆ จะต้องเปิดประตูเพื่อให้ผ่านได้ ตัวอย่างของสิ่งนี้เกิดขึ้นในไตซึ่งพบช่องทางทั้งสองแบบในส่วนต่าง ๆ ของท่อไต เซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการส่งผ่านแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า เช่น เซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ มีช่องกั้นสำหรับโซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียมในเยื่อหุ้มเซลล์ การเปิดและปิดช่องเหล่านี้จะเปลี่ยนความเข้มข้นสัมพัทธ์ที่ด้านตรงข้ามของเมมเบรนของไอออนเหล่านี้ ส่งผลให้เกิดการอำนวยความสะดวกในการส่งผ่านไฟฟ้าไปตามเยื่อหุ้ม (ในกรณีของเซลล์ประสาท) หรือในการหดตัวของกล้ามเนื้อ (ในกรณีของเซลล์กล้ามเนื้อ)

โปรตีนตัวพา

โปรตีนอีกประเภทหนึ่งที่ฝังอยู่ในพลาสมาเมมเบรนคือโปรตีนตัวพา โปรตีนที่มีชื่อเหมาะสมนี้จับกับสาร และในการทำเช่นนี้ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของมันเอง โดยย้ายโมเลกุลที่ถูกผูกไว้จากภายนอกเซลล์ไปยังภายใน (รูปที่ 5.10) ขึ้นอยู่กับการไล่ระดับสี วัสดุอาจเคลื่อนที่ไปในทางตรงข้าม ทิศทาง. โปรตีนพาหะมักจะจำเพาะสำหรับสารตัวเดียว หัวกะทินี้เพิ่มการเลือกโดยรวมของเมมเบรนพลาสม่า กลไกที่แน่นอนสำหรับการเปลี่ยนรูปร่างนั้นไม่ค่อยเข้าใจ โปรตีนสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อพันธะไฮโดรเจนได้รับผลกระทบ แต่อาจไม่สามารถอธิบายกลไกนี้ได้อย่างเต็มที่ Each carrier protein is specific to one substance, and there are a finite number of these proteins in any membrane. This can cause problems in transporting enough of the material for the cell to function properly. When all of the proteins are bound to their ligands, they are saturated and the rate of transport is at its maximum. Increasing the concentration gradient at this point will not result in an increased rate of transport.

An example of this process occurs in the kidney. Glucose, water, salts, ions, and amino acids needed by the body are filtered in one part of the kidney. This filtrate, which includes glucose, is then reabsorbed in another part of the kidney. Because there are only a finite number of carrier proteins for glucose, if more glucose is present than the proteins can handle, the excess is not transported and it is excreted from the body in the urine. In a diabetic individual, this is described as “spilling glucose into the urine.” A different group of carrier proteins called glucose transport proteins, or GLUTs, are involved in transporting glucose and other hexose sugars through plasma membranes within the body.

Channel and carrier proteins transport material at different rates. Channel proteins transport much more quickly than do carrier proteins. Channel proteins facilitate diffusion at a rate of tens of millions of molecules per second, whereas carrier proteins work at a rate of a thousand to a million molecules per second.

Osmosis

Osmosis is the movement of free water molecules through a semipermeable membrane according to the water's concentration gradient across the membrane, which is inversely proportional to the solutes' concentration. While diffusion transports material across membranes and within cells, osmosis transports only water across a membrane and the membrane limits the diffusion of solutes in the water. Not surprisingly, the aquaporins that facilitate water movement play a large role in osmosis, most prominently in red blood cells and the membranes of kidney tubules.

Mechanism

Osmosis is a special case of diffusion. Water, like other substances, moves from an area of high concentration of free water molecules to one of low free water molecule concentration. An obvious question is what makes water move at all? Imagine a beaker with a semipermeable membrane separating the two sides or halves (Figure 5.11). On both sides of the membrane the water level is the same, but there are different concentrations of a dissolved substance, or solute , that cannot cross the membrane (otherwise the concentrations on each side would be balanced by the solute crossing the membrane). If the volume of the solution on both sides of the membrane is the same, but the concentrations of solute are different, then there are different amounts of water, the solvent, on either side of the membrane.

To illustrate this, imagine two full glasses of water. One has a single teaspoon of sugar in it, whereas the second one contains one-quarter cup of sugar. If the total volume of the solutions in both cups is the same, which cup contains more water? Because the large amount of sugar in the second cup takes up much more space than the teaspoon of sugar in the first cup, the first cup has more water in it.

Returning to the beaker example, recall that it has a mixture of solutes on either side of the membrane. A principle of diffusion is that the molecules move around and will spread evenly throughout the medium if they can. However, only the material capable of getting through the membrane will diffuse through it. In this example, the solute cannot diffuse through the membrane, but the water can. Water has a concentration gradient in this system. Thus, water will diffuse down its concentration gradient, crossing the membrane to the side where it is less concentrated. This diffusion of water through the membrane—osmosis—will continue until the concentration gradient of water goes to zero or until the hydrostatic pressure of the water balances the osmotic pressure. Osmosis proceeds constantly in living systems.

The beaker example here occurs in an open system where the volume of fluid can increase and decrease freely. Cells, on the other hand, are composed of proteins and other substances embedded in the aqueous cytoplasm. These substances could be considered solutes for the purposes of predicting osmosis. The cell membrane keeps most of the proteins and other substances within the cell, causing the cell to have a higher osmolarity than pure water.

Suppose you perform an experiment where you placed red blood cells in an environment of pure water. What do you suppose would happen to the cells? Because the concentration of solute is higher in the red blood cell than it is in the beaker, water would rush into the red blood cell. What do you think would happen to the red blood cell, given that its cell membrane is made up of a fixed surface area? It is likely that the red blood cell will undergo hemolysis, where they swell up with water and burst. It should be noted, however, that most cells have mechanisms to prevent them from taking on too much water. However, red blood cells lack these controls, making them ideal for osmolarity studies.

This is an important consideration for clinicians delivering drugs intravenously. How would the drug have to be formulated, in terms of osmolarity, to prevent red blood cells from undergoing hemolysis? In order to prevent hemolysis of red blood cells in the blood, drugs are typically formulated in an isotonic solution with the blood to maintain osmolarity.

Tonicity

Tonicity describes how an extracellular solution can change the volume of a cell by affecting osmosis. A solution's tonicity often directly correlates with the osmolarity of the solution. Osmolarity describes the total solute concentration of the solution. A solution with low osmolarity has a greater number of water molecules relative to the number of solute particles a solution with high osmolarity has fewer water molecules with respect to solute particles. In a situation in which solutions of two different osmolarities are separated by a membrane permeable to water, though not to the solute, water will move from the side of the membrane with lower osmolarity (and more water) to the side with higher osmolarity (and less water). This effect makes sense if you remember that the solute cannot move across the membrane, and thus the only component in the system that can move—the water—moves along its own concentration gradient. An important distinction that concerns living systems is that osmolarity measures the number of particles (which may be molecules) in a solution. Therefore, a solution that is cloudy with cells may have a lower osmolarity than a solution that is clear, if the second solution contains more dissolved molecules than there are cells.

Hypotonic Solutions

Three terms—hypotonic, isotonic, and hypertonic—are used to relate the osmolarity of a cell to the osmolarity of the extracellular fluid that contains the cells. In a hypotonic situation, the extracellular fluid has lower osmolarity than the fluid inside the cell, and water enters the cell. (In living systems, the point of reference is always the cytoplasm, so the prefix hypo- means that the extracellular fluid has a lower concentration of solutes, or a lower osmolarity, than the cell cytoplasm.) It also means that the extracellular fluid has a higher concentration of water in the solution than does the cell. In this situation, water will follow its concentration gradient and enter the cell.

Hypertonic Solutions

As for a hypertonic solution, the prefix hyper- refers to the extracellular fluid having a higher osmolarity than the cell’s cytoplasm therefore, the fluid contains less water than the cell does. Because the cell has a relatively higher concentration of water, water will leave the cell.

Isotonic Solutions

In an isotonic solution, the extracellular fluid has the same osmolarity as the cell. If the osmolarity of the cell matches that of the extracellular fluid, there will be no net movement of water into or out of the cell, although water will still move in and out. Blood cells and plant cells in hypertonic, isotonic, and hypotonic solutions take on characteristic appearances (Figure 5.12).

Link to Learning

For a video illustrating the process of diffusion in solutions, visit this site.


Channel protein

Channel proteins
These line a water-filled pore in the membrane so water-soluble molecules can easily pass through.
Different channels allow different substances to pass through (the channels are selective). Some channels are gated (they will only open when appropriately stimulated).

Channel protein - A protein responsible for mediating the passive transport of molecules from one side of the lipid bilayer to the other. Transport is carried out by its membrane-spanning hydrophilic structure which, when open, allows molecules to pass through.

Channel proteins that span the cell membrane form the ion channels. To determine the structure of proteins, scientists have often used X-ray crystallography.

: Definition & Function
Membrane Proteins: Functions, Types & Structure
The Cell Cycle: Definition, Phases & Sequence .

s - form hydrophilic pores that extend across the lipid bilayer when these pores open, they allow specific molecules to pass through them
cholesterol - lipid molecule with a characteristic four-ringed steroid structure that is an important component of the plasma membranes of animal cells .

s are exactly what they sound like - proteins that open channels in the cell membrane, allowing molecules to flow in and out along their concentration gradient - carrier proteins are only open to one side of the membrane in question at a time.

Either its inner gate is open, or outer gate is open, Carrier has binding sites, but porins and

s have not. When a channel is opened, thousands to millions of ions can pass through the membrane in one time, but only one or a small amount of molecules can pass through a carrier molecule.

s, aquaporins, greatly facilitate the diffusion of water.
Many ion channels function as gated channels. These channels open or close depending on the presence or absence of a chemical or physical stimulus.
If chemical, the stimulus is a substance other than the one to be transported.

over time exocytosis the process in which the membrane of the vacuole surrounding the material fuses with the plasma membrane, forcing the contents out of the cell facilitated diffusion the movement of molecules from a region of higher concentration to one of lower concentration with the aid of

Thus, the kidney-enriched proteome (n=70) consists of many membrane-bound transport proteins, such as SLC22A8 (organic anion transporter) and AQP2 (collecting duct water

) whereas the most abundant tissue-enriched proteins in liver (n=170) are secreted plasma proteins, .

s called porins in the outer membrane allow free movement of ions and small molecules into the intermembrane space. This means that it is essentially continuous with the cytosol in terms of solutes relevent for the functioning of these organelles.

These pores open as the result of a change in the structure of the

Integral membrane proteins and ion channel proteins span the length of the membrane, like that of the Na+-K+ pump and Sodium-Potassium leak channels discussed later, which aid in the conductance of the cell membrane.

Simple diffusion involves the diffusion of molecules through the phospholipid bilayer while facilitated diffusion involves the use of

s embedded in the membrane.

In an electrical synapse, the presynaptic and postsynaptic membranes are very close together and are actually physically connected by

s forming gap junctions. Gap junctions allow current to pass directly from one cell to the next.

Membrane proteins contain internal channels that allow such molecules to enter and exit the cell. Many ion channel proteins are specialized to select for only a particular ion for example, potassium and sodium channels often discriminate for only one of the two ions.[36] .


Content: Passive Vs Active Transport

Comparison Chart

PropertiesPassive transportActive transport
Also known asDownhill transportUphill transport
MovementMolecules move from high to low concentration i.e. acts down the concentration gradientMolecules moves from low to high concentration i.e. acts up or against the concentration gradient
Types of molecules transportedIt can only transports simple, small and soluble molecules
E.g. small monosaccharides, amino acids, soluble lipids etc.
It can transport all types of molecule
E.g. protein, complex sugar etc.
EfficiencyLessMore
ATP expenditureDo not require ATP inputDo require ATP input
Enzyme requirementNoYes
TypesIt is of three types:
• Diffusion
• Facilitated diffusion
• Osmosis
It is of two types:
• Primary active transport
• Secondary active transport
Requirement of carrier proteinNoYes
SelectivitySuperficially selectiveHighly selective
Effect of temperatureNo effectIt effects the process of active transport
Effect of Oxygen-contentNo effectReduces the efficiency of the process
Effect of metabolic inhibitorsNo effectStops the process
Equilibrium inside the cellMaintains the equilibriumDisrupts the equilibrium
Examples• O2 entering to the blood stream
• Removal of glucose from the blood
• Uptake of Iodine by thyroid gland
• Export of three Na+ ions and import of two K+ ion in Na+/ K+ pump

Definition of Passive Transport

It is a biochemical transport mechanism, which can transport molecules from a high concentration to a low concentration without ATP expenditure through the semi-permeable membrane. Here, the particles will move down the concentration gradient, and the process is called passive diffusion.

Types

Passive diffusion generally has three different types:

Osmosis: It allows the movement of a water molecule from a high concentration to the medium of low concentration through a semipermeable membrane. It depends upon the solute concentration. Example: Movement of water.
Diffusion: It allows the movement of small molecules like O2, CO2 etc. from the region of a high concentration to the medium of low concentration. Example: Movement of gases like oxygen, nitrogen etc., ethanol, short-chain fatty acids etc.

Facilitated diffusion: It is the movement of large molecules, charged ions etc. from a high concentration to the low concentration.
Examples: Movement of disaccharides like fructose, sucrose etc. The following two ways can mediate facilitated diffusion:

  • Pump mediated: The movement of molecules is mediated through the channel proteins.
  • Carrier-mediated: The movement of molecules is mediated through the membrane components.

Definition of Active Transport

It is a biochemical transport process, in which the molecules are transported from a low concentration to the medium of high concentration by the use of ATP and some carrier proteins through the semi-permeable membrane. Here, the particles will move up the concentration gradient.

Types

Active transport generally possesses two different mechanisms, which we have discussed below:

Primary active transport: It is also called Direct transport. It makes the use of ATP directly to pump out the molecules or ions against the concentration gradient, i.e. from a low to high concentration medium. Therefore, it is a pump mediated transport. Uniport is a subtype of a primary active transport, which can transport one solute in one direction.
Example: Transport of amino acids, nucleotides, sugars etc.

Secondary active transport: It is also called Indirect transport. Here, the molecules or ions move across the membrane by the protein present in the cell membrane by the help of energy stored in the concentration gradient after the break down of ATP. Therefore, it is Carrier-mediated transport, and it also involves the indirect use of ATP. One molecule acts against the gradient, and the other moves down the concentration gradient. It can be subdivided into the following two types:

  1. Antiport: It is the movement of different molecules in the opposite direction. Example: Sodium and Potassium transport.
  2. Symport: It is the movement of different molecules in the same direction. Example: Sodium and Iodine symport.


Cotransport: It is the combination of two systems, namely, symport and antiport. It is an obligatory system, which transports two solutes simultaneously either in the same direction or in the opposite direction.
Example: Transport of amino acid and glucose.

Process of Passive and Active Transport

The table showing the process of passive diffusion is given below:

S.no.Passive transportDiagrammatic representation
1Solute enters into the cell as a result of concentration difference
2It then leads to inward flow
3When equilibrium is reached inside and outside the cell, the concentration gradient diminishes

The table showing the process of active transport is given below:

S.no.Active transport Diagrammatic representation
1First solute particles bind to the receptor site of carrier protein
2It leads to the formation of solute-carrier complex
3Translocation of this complex across the membrane
4ATP-mediated conformational change in carrier protein to release solute inside the cell


Miscellaneous Examples of Passive Transport

Although you won’t find these terms in every book on passive transport, here are a few other processes that many experts agree should be part of this activity.

การระเหย

All substances have a boiling point for instance, the boiling point of water is 99.8 degrees Celsius, or roughly 212 degrees Fahrenheit. Once water reaches this boiling point, the particles of water start to transform from a liquid state to a vapor state.

Of course, water has the capability of vaporizing without reaching the boiling point, and since in this example, the evaporation rate is less than the rate at its boiling point, what exactly is the evaporation point of water?

Evaporation put simply, is when water enters a vapor state from a liquid state without actually reaching its boiling point. Other examples include the drying of your clothes even though they were never exposed to sunlight, and water that flows to the central cells of a leaf and the xylem cells of the leaf’s veins, via the entrance into intercellular spaces. Other examples of evaporation include the following:

  • When you get out of the shower, the water on your body immediately starts to evaporate as you dry.
  • When you leave a glass of water out on the kitchen counter, the water is going to decrease because it will start to evaporate quickly.
  • When you sweat, you do so because energy is required to evaporate off your skin, and the energy always comes from the excess heat that your body produces, which in turn causes you to cool down. In other words, you need to sweat, and therefore you need the evaporation process, in order to cool down after a workout or other strenuous activity.
  • The making of common salt. When salt is made, water is taken from the sea and kept under the sun for a very long time, which leads to evaporation of the water molecules. This results in the salt people use every day, because the salt is left over as residue in this type of process.

Mass Flow

Also called bulk flow and mass transfer, mass flow refers to the movement of fluids down a temperature or pressure gradient, and the term is used mostly in the life sciences.

Both students of biology and fluid dynamics study mass flow, and examples include water transporting in vascular plant tissues, and simple blood circulation. Other descriptions of mass flow include the following:

  • A transport system that involves mass flow i.e., a transport system in which materials are moved from the exchange surfaces that make up part of an organism to all of the other locations with the organism whereby the materials from the exchange surfaces are required by the cells.
  • The movement of a certain fluid in one direction only, which usually involves a system of tube-like vessels which the fluid moves through.

In the field of biology, the above definition – a mass transport system – is just an arrangement of physical structures whereby materials move in the form of a fluid, and the fluid contains particles of those materials that travel in one direction – usually through a system of tubes – from one or several exchange surfaces within an organism to cells that are located throughout that organism.


ดูวิดีโอ: โปรตนจากพช ทางเลอกทใช (มกราคม 2022).