Jenis transportasi sel dan karakteristiknya

itu transportasi seluler ini melibatkan lalu lintas dan perpindahan molekul antara bagian dalam dan bagian luar sel. Pertukaran molekul antara kompartemen ini adalah fenomena penting untuk berfungsinya organisme dengan benar, dan memediasi serangkaian peristiwa, seperti potensi membran, untuk menyebutkan beberapa.

Membran biologis tidak hanya bertanggung jawab untuk membatasi sel, mereka juga memainkan peran yang sangat diperlukan dalam lalu lintas zat. Mereka memiliki serangkaian protein yang melintasi struktur dan, sangat selektif, memungkinkan atau tidak masuknya molekul-molekul tertentu.

Transportasi seluler diklasifikasikan menjadi dua jenis utama, tergantung pada apakah sistem tersebut menggunakan energi secara langsung atau tidak.

Transport pasif tidak memerlukan energi, dan molekul-molekul mengatur untuk menyeberangi membran dengan difusi pasif, melalui saluran berair atau melalui molekul yang diangkut. Arah transpor aktif ditentukan secara eksklusif oleh gradien konsentrasi antara kedua sisi membran.

Sebaliknya, jenis transportasi kedua memang membutuhkan energi dan disebut transportasi aktif. Berkat energi yang disuntikkan ke dalam sistem, pompa dapat menggerakkan molekul melawan gradien konsentrasi mereka. Contoh paling penting dalam literatur adalah pompa natrium-kalium.

Indeks

• 1 Basis Teoritis
  • 1.1 - Membran sel
  • 1,2 -Lipid di dalam membran
  • 1,3 -Protein dalam membran
  • 1.4 - Selektivitas membran
  • 1,5 -Kesulitan dan osmosis
  • 1,6 -Tonicity
  • 1,7 -Pengaruh listrik
• 2 Transportasi pasif transmembran
  • 2.1 Siaran sederhana
  • 2.2 Saluran berair
  • 2.3 Transportadora molekul
  • 2.4 Osmosis
  • 2.5 Ultrafiltrasi
  • 2.6 Penyebaran yang difasilitasi
• 3 Transportasi aktif transmembran
  • 3.1 Karakteristik transportasi aktif
  • 3.2 Selektivitas transportasi
  • 3.3 Contoh transpor aktif: pompa natrium-kalium
  • 3.4 Cara pompa bekerja?
• 4 Transportasi massal
  • 4.1 -Endocytosis
  • 4.2-Eksositosis
• 5 Referensi

Basis teoretis

-Membran sel

Untuk memahami bagaimana perdagangan zat dan molekul terjadi antara sel dan kompartemen yang berdekatan, perlu untuk menganalisis struktur dan komposisi membran biologis..

-Lipid dalam membran

Sel-sel dikelilingi oleh membran tipis dan kompleks dari sifat lipid. Komponen dasarnya adalah fosfolipid.

Ini terdiri dari kepala kutub dan ekor apolar. Membran terdiri dari dua lapisan fosfolipid - "lipid bilayers" - di mana ekor dikelompokkan di dalam dan kepala memberikan wajah ekstra dan intraseluler.

Molekul yang memiliki zona kutub dan apolar disebut amphipathic. Properti ini sangat penting untuk organisasi spasial komponen lipid di dalam membran.

Struktur ini digunakan bersama oleh membran yang mengelilingi kompartemen subseluler. Ingat bahwa mitokondria, kloroplas, vesikel, dan organel lainnya dikelilingi oleh membran.

Selain fosfogliserida atau fosfolipid, membran kaya akan sphingolipid, yang memiliki kerangka yang terbentuk dari molekul yang disebut sphingosine dan sterol. Pada kelompok terakhir ini kita menemukan kolesterol, lipid yang memodulasi sifat membran, sebagai fluiditasnya.

-Protein dalam membran

Membran adalah struktur dinamis, yang mengandung banyak protein di dalamnya. Protein dari membran bertindak sebagai semacam "penjaga gerbang" atau "penjaga" molekuler, yang didefinisikan dengan selektivitas besar yang masuk dan yang meninggalkan sel.

Untuk alasan ini, dikatakan bahwa membran semipermeabel, karena beberapa senyawa berhasil masuk dan yang lainnya tidak..

Tidak semua protein yang ada di membran bertanggung jawab untuk memediasi lalu lintas. Yang lain bertanggung jawab untuk menangkap sinyal eksternal yang menghasilkan respons seluler terhadap rangsangan eksternal.

-Selektivitas membran

Bagian dalam lipid membran sangat hidrofobik, yang membuat membran sangat kedap terhadap molekul polar atau hidrofilik (istilah ini berarti "jatuh cinta dengan air").

Ini menyiratkan kesulitan tambahan untuk meloloskan molekul polar. Namun, transit molekul yang dapat larut dalam air diperlukan, sehingga sel memiliki serangkaian mekanisme transportasi yang memungkinkan perpindahan efektif zat-zat ini antara sel dan lingkungan luarnya..

Dengan cara yang sama, molekul besar, seperti protein, harus diangkut dan membutuhkan sistem khusus.

-Difusi dan osmosis

Pergerakan partikel melalui membran sel terjadi mengikuti prinsip fisik berikut.

Prinsip-prinsip ini adalah difusi dan osmosis dan diterapkan pada pergerakan zat terlarut dan pelarut dalam larutan melalui membran semipermeabel - seperti membran biologis yang ditemukan dalam sel hidup..

Difusi adalah proses yang melibatkan gerakan termal acak dari partikel yang tersuspensi dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Ada ekspresi matematis yang berusaha menggambarkan proses dan disebut persamaan difusi Fick, tetapi kita tidak akan membahasnya.

Dengan mengingat konsep ini, kita dapat mendefinisikan istilah permeabilitas, yang mengacu pada tingkat di mana suatu zat menembus membran secara pasif di bawah serangkaian kondisi konkret..

Di sisi lain, air juga bergerak mendukung gradien konsentrasinya dalam sebuah fenomena yang disebut osmosis. Meskipun tampaknya tidak tepat untuk merujuk pada konsentrasi air, kita harus memahami bahwa cairan vital berperilaku seperti zat lain, dalam hal difusi.

-Tonisitas

Dengan mempertimbangkan fenomena fisik yang dijelaskan, konsentrasi yang ada baik di dalam sel maupun di luar akan menentukan arah transportasi.

Dengan demikian, tonisitas suatu larutan adalah respons sel yang direndam dalam suatu larutan. Ada beberapa terminologi yang diterapkan pada skenario ini:

Isotonik

Sel, jaringan, atau larutan bersifat isotonik terhadap yang lain jika konsentrasi keduanya sama. Dalam konteks fisiologis, sel yang terbenam dalam lingkungan isotonik tidak akan mengalami perubahan.

Hipotonik

Suatu larutan bersifat hipotonik terhadap sel jika konsentrasi zat terlarut lebih rendah di luar - yaitu, sel memiliki lebih banyak zat terlarut. Dalam hal ini, kecenderungan air adalah memasuki sel.

Jika kita menempatkan sel darah merah dalam air suling (yang bebas dari zat terlarut), air akan masuk sampai pecah. Fenomena ini disebut hemolisis.

Hypertonic

Suatu solusi adalah hipertonik berkenaan dengan sel jika konsentrasi zat terlarut lebih tinggi di luar - yaitu, sel memiliki lebih sedikit zat terlarut.

Dalam hal ini, kecenderungan air adalah meninggalkan sel. Jika kita menempatkan sel darah merah dalam larutan yang lebih pekat, air dalam gumpalan cenderung keluar dan sel memperoleh penampilan keriput..

Ketiga konsep ini memiliki relevansi biologis. Misalnya, telur organisme laut harus isotonik berkenaan dengan air laut agar tidak pecah dan tidak kehilangan air..

Demikian pula, parasit yang hidup dalam darah mamalia harus memiliki konsentrasi zat terlarut yang mirip dengan medium di mana mereka berkembang..

-Pengaruh listrik

Ketika kita berbicara tentang ion, yang merupakan partikel bermuatan, pergerakan melalui membran tidak diarahkan secara eksklusif oleh gradien konsentrasi. Dalam sistem ini perlu untuk memperhitungkan banyak zat terlarut.

Ion cenderung bergerak menjauh dari daerah-daerah di mana konsentrasi tinggi (seperti yang dijelaskan dalam bagian osmosis dan difusi), dan juga jika ion negatif, ia akan maju ke daerah-daerah di mana terdapat potensi negatif yang tumbuh. Ingatlah bahwa ada berbagai tuduhan yang ditarik, dan tuduhan yang sama akan ditolak.

Untuk memprediksi perilaku ion, kita harus menambahkan kekuatan gabungan dari gradien konsentrasi dan gradien listrik. Parameter baru ini disebut gradien elektrokimia bersih.

Jenis-jenis transportasi seluler dikelompokkan tergantung pada penggunaan - atau tidak - energi oleh sistem dalam gerakan pasif dan aktif. Kami akan menjelaskan masing-masing secara rinci di bawah ini:

Transportasi pasif transmembran

Gerakan pasif melalui membran melibatkan lewatnya molekul tanpa kebutuhan energi secara langsung. Karena sistem ini tidak melibatkan energi, itu tergantung secara eksklusif pada gradien konsentrasi (termasuk yang listrik) yang ada melalui membran plasma.

Meskipun energi yang bertanggung jawab untuk pergerakan partikel disimpan dalam gradien seperti itu, adalah tepat dan nyaman untuk terus mempertimbangkan proses sebagai pasif.

Ada tiga jalur elementer di mana molekul dapat secara pasif melewati dari satu sisi ke sisi lain:

Difusi sederhana

Cara paling sederhana dan paling intuitif untuk mengangkut zat terlarut adalah dengan melintasi membran mengikuti gradien yang disebutkan di atas..

Molekul berdifusi melalui membran plasma, meninggalkan fase berair samping, larut dalam bagian lipid, dan akhirnya memasuki bagian berair interior sel. Hal yang sama dapat terjadi pada arah yang berlawanan, dari bagian dalam sel ke luar.

Bagian yang efisien melalui membran akan menentukan tingkat energi termal yang dimiliki sistem. Jika cukup tinggi, molekul akan dapat melintasi membran.

Terlihat lebih terinci, molekul harus memutus semua ikatan hidrogen yang terbentuk dalam fase air untuk dapat bergerak ke fase lipid. Peristiwa ini membutuhkan 5 kkal energi kinetik untuk setiap tautan yang ada.

Faktor selanjutnya yang perlu dipertimbangkan adalah kelarutan molekul di zona lipid. Mobilitas dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti berat molekul dan bentuk molekul.

Kinetika langkah difusi sederhana menunjukkan kinetika non-saturasi. Ini berarti bahwa input meningkat secara proporsional dengan konsentrasi zat terlarut yang akan diangkut di wilayah ekstraseluler.

Saluran berair

Alternatif kedua lewat molekul melalui rute pasif adalah melalui saluran air yang terletak di membran. Saluran-saluran ini adalah semacam pori-pori yang memungkinkan lewatnya molekul, menghindari kontak dengan daerah hidrofobik.

Molekul bermuatan tertentu berhasil memasuki sel mengikuti gradien konsentrasi. Berkat sistem saluran yang diisi air ini, membran sangat kedap terhadap ion. Dalam molekul-molekul ini menonjol natrium, kalium, kalsium dan klorin.

Molekul konveyor

Alternatif terakhir adalah kombinasi zat terlarut yang menarik dengan molekul pengangkut yang menutupi sifat hidrofiliknya, sehingga mencapai bagian melalui bagian membran yang kaya lipid.

Transporter meningkatkan kelarutan lemak dari molekul yang perlu diangkut dan mendukung bagiannya yang mendukung gradien konsentrasi atau gradien elektrokimia.

Protein transporter ini bekerja dengan cara yang berbeda. Dalam kasus yang paling sederhana, zat terlarut dipindahkan dari satu sisi membran ke sisi lainnya. Jenis ini disebut dukungan. Sebaliknya, jika zat terlarut lainnya diangkut secara bersamaan, atau digabungkan, transporter disebut trailer.

Jika konveyor berpasangan menggerakkan kedua molekul dalam arah yang sama, itu adalah simporte dan jika melakukannya dalam arah yang berlawanan, konveyor tersebut antiport.

Osmosis

Ini adalah jenis transpor seluler di mana pelarut melewati selektif melalui membran semipermeabel.

Air, misalnya, cenderung lewat di sebelah sel di mana konsentrasinya lebih rendah. Pergerakan air di jalur itu menghasilkan tekanan yang disebut tekanan osmotik.

Tekanan ini diperlukan untuk mengatur konsentrasi zat dalam sel, yang kemudian memengaruhi bentuk sel.

Ultrafiltrasi

Dalam hal ini, pergerakan beberapa zat terlarut dihasilkan oleh efek tekanan hidrostatik, dari area tekanan tertinggi ke tekanan terendah. Di dalam tubuh manusia, proses ini terjadi di ginjal berkat tekanan darah yang dihasilkan oleh jantung.

Dengan cara ini air, urea, dll., Berpindah dari sel ke urin; dan hormon, vitamin, dll., tetap berada dalam darah. Mekanisme ini juga dikenal sebagai dialisis.

Diseminasi yang difasilitasi

Ada zat dengan molekul yang sangat besar (seperti glukosa dan monosakarida lainnya), yang membutuhkan protein pembawa untuk menyebar. Difusi ini lebih cepat daripada difusi sederhana dan tergantung pada:

• Gradien konsentrasi zat.
• Jumlah protein transporter hadir dalam sel.
• Kecepatan protein hadir.

Salah satu protein transporter ini adalah insulin, yang memfasilitasi difusi glukosa, sehingga mengurangi konsentrasinya dalam darah.

Transportasi aktif transmembran

Sejauh ini kita telah membahas berlalunya molekul yang berbeda melalui saluran tanpa biaya energi. Dalam peristiwa ini, satu-satunya biaya adalah menghasilkan energi potensial dalam bentuk konsentrasi diferensial di kedua sisi membran.

Dengan cara ini, arah transportasi ditentukan oleh gradien yang ada. Zat terlarut mulai diangkut mengikuti prinsip-prinsip difusi yang disebutkan, sampai mencapai titik di mana difusi bersih berakhir - pada titik ini keseimbangan telah tercapai. Dalam kasus ion, pergerakan juga dipengaruhi oleh beban.

Namun, dalam satu-satunya kasus di mana distribusi ion di kedua sisi membran berada dalam kesetimbangan nyata adalah ketika sel mati. Semua sel hidup menginvestasikan sejumlah besar energi kimia untuk menjaga konsentrasi zat terlarut dari keseimbangan.

Energi yang digunakan untuk menjaga proses ini aktif, pada umumnya, adalah molekul ATP. Adenosine trifosfat, disingkat ATP, adalah molekul energi dasar dalam proses seluler.

Karakteristik transportasi aktif

Transport aktif dapat bertindak melawan gradien konsentrasi, tidak peduli seberapa ditandai mereka - sifat ini akan jelas dengan penjelasan pompa natrium - kalium (lihat di bawah).

Mekanisme transpor aktif dapat menggerakkan lebih dari satu kelas molekul sekaligus. Untuk pengangkutan aktif, klasifikasi yang sama digunakan untuk pengangkutan beberapa molekul secara bersamaan dalam pengangkutan pasif: simporte dan antiporte.

Pengangkutan yang dilakukan oleh pompa-pompa ini dapat dihambat oleh aplikasi molekul yang secara khusus memblokir tempat-tempat penting dalam protein.

Kinetika pengangkutan adalah dari jenis Michaelis-Menten. Kedua perilaku - yang dihambat oleh beberapa molekul dan kinetika - adalah karakteristik khas dari reaksi enzimatik.

Akhirnya, sistem harus memiliki enzim spesifik yang dapat menghidrolisis molekul ATP, seperti ATPase. Ini adalah mekanisme dimana sistem memperoleh energi yang menjadi ciri khasnya.

Selektivitas transportasi

Pompa yang terlibat sangat selektif dalam molekul yang akan diangkut. Sebagai contoh, jika pompa adalah pembawa ion natrium, ia tidak akan mengambil ion lithium, meskipun kedua ion tersebut memiliki ukuran yang sangat mirip..

Diasumsikan bahwa protein dapat membedakan antara dua fitur diagnostik: kemudahan dehidrasi molekul dan interaksi dengan muatan di dalam pori transporter..

Diketahui bahwa ion besar dapat mengalami dehidrasi dengan mudah, jika kita membandingkannya dengan ion kecil. Jadi, pori dengan pusat kutub yang lemah akan menggunakan ion besar, lebih disukai.

Sebaliknya, dalam saluran dengan pusat bermuatan kuat, interaksi dengan ion dehidrasi mendominasi.

Contoh transportasi aktif: pompa natrium-kalium

Untuk menjelaskan mekanisme transpor aktif, yang terbaik adalah melakukannya dengan model yang paling baik dipelajari: pompa natrium - kalium.

Fitur yang mencolok dari sel adalah kemampuan untuk mempertahankan gradien ion natrium yang jelas (Na⁺) dan potasium (K⁺).

Dalam lingkungan fisiologis, konsentrasi kalium di dalam sel adalah 10 hingga 20 kali lebih tinggi daripada di luar sel. Sebaliknya, ion natrium ditemukan jauh lebih terkonsentrasi di lingkungan ekstraseluler.

Dengan prinsip yang mengatur pergerakan ion secara pasif, tidak mungkin mempertahankan konsentrasi ini, oleh karena itu sel membutuhkan sistem transportasi aktif dan ini adalah pompa natrium - kalium.

Pompa ini dibentuk oleh kompleks protein tipe ATPase yang ditambatkan ke membran plasma semua sel hewan. Ini memiliki situs pengikatan untuk kedua ion dan bertanggung jawab untuk transportasi dengan injeksi energi.

Cara kerja pompa?

Dalam sistem ini, ada dua faktor yang menentukan pergerakan ion antara kompartemen seluler dan ekstraseluler. Yang pertama adalah kecepatan di mana pompa natrium-kalium bekerja, dan faktor kedua adalah kecepatan di mana ion dapat memasuki sel lagi (dalam kasus natrium), melalui peristiwa difusi pasif.

Dengan cara ini, kecepatan di mana ion memasuki sel menentukan kecepatan di mana pompa harus bekerja untuk mempertahankan konsentrasi ion yang tepat..

Pengoperasian pompa tergantung pada serangkaian perubahan konformasi dalam protein yang bertanggung jawab untuk mengangkut ion. Setiap molekul ATP dihidrolisis langsung, dalam proses tiga ion natrium meninggalkan sel dan pada saat yang sama memasukkan dua ion kalium ke dalam lingkungan sel.

Transportasi massal

Ini adalah jenis transportasi aktif yang membantu dalam pergerakan makromolekul, seperti polisakarida dan protein. Itu dapat terjadi melalui:

-Endositosis

Ada tiga proses endositosis: fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang dimediasi ligan:

Fagositosis

Phagocytosis adalah jenis transportasi di mana partikel padat ditutupi oleh vesikel atau fagosom yang dibentuk oleh pseudopoda yang menyatu. Partikel padat yang tersisa di dalam vesikel dicerna oleh enzim dan dengan demikian mencapai bagian dalam sel.

Dengan cara ini sel darah putih bekerja di dalam tubuh; memfagositosis bakteri dan benda asing sebagai mekanisme pertahanan.

Pinositosis

Pinositosis terjadi ketika zat yang diangkut adalah tetesan atau vesikel cairan ekstraseluler, dan membran menciptakan vesikel pinositik di mana isi vesikel atau drop diproses untuk kembali ke permukaan sel..

Endositosis melalui reseptor

Ini adalah proses yang mirip dengan pinositosis, tetapi dalam kasus ini invaginasi membran terjadi ketika molekul tertentu (ligan) berikatan dengan reseptor membran.

Beberapa vesikel endositik bergabung dan membentuk struktur yang lebih besar yang disebut endosom, yang merupakan tempat ligan dipisahkan dari reseptor. Kemudian, reseptor kembali ke membran dan ligan mengikat ke liposom di mana ia dicerna oleh enzim.

-Eksositosis

Ini adalah jenis transportasi seluler di mana zat harus diambil di luar sel. Selama proses ini, membran vesikel sekretoris bergabung dengan membran sel dan melepaskan isi vesikel.

Dengan cara ini sel-sel menghilangkan zat disintesis atau orang-orang limbah. Ini juga cara mereka melepaskan hormon, enzim, atau neurotransmiter.

Referensi

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Buku laboratorium anatomi dan fisiologi. Editorial Berbayar.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofisiologi dan patologi dasar. Editorial Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., Perancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi hewan Eckert. Macmillan.
5. Diberi, À. M. (2005). Dasar-dasar fisiologi aktivitas fisik dan olahraga. Ed. Panamericana Medical.