Transport przez błony










initAd();



































  Biochemia
  Biotechnologia
  Fizjologia
  Genetyka
  Medycyna
  Mikrobiologia
  Inne








   Biologii komórki
   Biologii molekularnej
   Medycyny molekularnej
   Histologii
   Botaniki
  
Leksykon medyczny
   Testy








   Botanika
   Budowa komórki
   Ewolucja
   Genetyka
   Medycyna
   Terminologia
   Zoologia








   A 
   B 
   C 
   D 
   E 
   F 
   G
   H 
   I 
   J 
   K 
   L 
   Ł 
   M
   N 
   O 
   P 
   R 
   S 
   Ś 
   T
   U 
   W 
   Z 
   Ż 
  Cała lista 








   Apoptoza
   PDB
   Biochemia
   Biotechnologia
   Czasopisma
   Książki
   Uczelnie
   Uniwersytety
   Zdjęcia

















 O nas
           Tu jesteś:  


Biologia.pl < Kurs biologii molekularnej


















Transport przez błony







Ela Zbozień

Trudno wyobrazić sobie świat bez samochodów, pociągów, samolotów czy innych
środków transportu , które służą człowiekowi.... W komórce także istnieje
wyspecjalizowany i dobrze rozwinięty system transportu różnych substancji.
Dzięki niemu komórka pobiera składniki niezbędne do życia i rozwoju oraz
wydala 'śmieci', które powstają na przykład jako uboczne produkty procesów
życiowych komórki.

Wiele części komórki jest otoczonych błonami biologicznymi, które mają
postać dwuwarstwy białkowo-lipidowej (o budowie takiej dwuwarstwy pisaliśmy
w jednym z pierwszych odcinków kursu). Nie wszystkie substancje mogą łatwo
przejść z jednej strony błony biologicznej na drugą. Najszybciej przenikają
przez błonę małe, niepolarne cząsteczki (na przykład gazy - tlen i
dwutlenek węgla), które łatwo dyfundują pomiędzy cząsteczkami lipidów
błonowych. Również cząsteczki chemicznie spokrewnione z lipidami (na
przykład hormony steroidowe) bez większych problemów przedostają się na
drugą stronę błony. Jednak komórka musi przenosić z jednej strony błony na
drugą również inne substancje - takie, dla których błona złożona z samych
lipidów byłaby prawie całkowicie nieprzepuszczalna. Do tych substancji
zalicza się na przykład jony, które są otoczone płaszczem cząsteczek wody
oraz obdarzone ładunkiem elektrycznym i odbijają się od dwuwarstwy
lipidowej; cząsteczki glukozy, które w kategoriach komórkowych są
stosunkowo duże, nie mówiąc już o białkach.

W dodatku niektóre substancje muszą być transportowane przeciwnie do
transbłonowego gradientu stężeń (gradient stężeń można sobie wyobrazić jako
różnice pomiędzy stężeniami substancji po obu stronach błony biologicznej),
chociaż zgodnie z prawami fizyki cząsteczki dążą do wyrównania gradientu,
czyli do sytuacji, w której po obu stronach błony jest takie samo stężenie
cząsteczek lub atomów danej substancji. Całkowite wyrównanie transbłonowego
gradientu stężeń miałoby jedną, ale za to dużą wadę: byłoby zabójcze dla
komórki. Prawie wszystkie błony biologiczne są spolaryzowane - stężenie
jonów po jednej stronie błony różni się od stężenia jonów po drugiej
stronie błony (właśnie dlatego powierzchnia większości komórek ma ładunek
dodatni, a po wewnętrznej stronie błony komórkowej gromadzą się ładunki
ujemne). Ma to ogromne znaczenie dla komórkowych procesów życiowych, na
przykład dla przewodzenia impulsów wzdłuż neuronów albo dla skurczów
mięśni. Żeby utrzymać polaryzację błony, komórka musi bezustannie wyrzucać
na zewnątrz więcej jonów dodatnich, niż przedostaje się w przeciwnym
kierunku.

Wychwytywanie składników odżywczych z otoczenia też nie jest łatwym
zadaniem: komórka musi sprawnie wyłapywać z płynu zewnątrzkomórkowego
cząsteczki glukozy i aminokwasów - i transportować je do cytoplazmy, gdzie
zostaną wykorzystane w niezliczonych procesach metabolicznych. To zjawisko
musi trwać nawet wtedy, gdy stężenie glukozy i aminokwasów na zewnątrz
komórki jest niższe niż w cytoplazmie.

W jaki sposób żywa komórka pokonuje bezduszne ograniczenia fizyki?

Cząsteczki, dla których błona lipidowa byłaby nieprzepuszczalna, oraz te,
które muszą być transportowane wbrew gradientowi stężeń, przechodzą przez
błony biologiczne dzięki specjalnym białkom transportowym, które znajdują
się pomiędzy lipidami błony. Istnieją dwa główne rodzaje tych białek.
białka przenośnikowe wiążą się z cząsteczkami wybranej substancji i tak
zmieniają swój kształt, że przerzucają transportowaną cząsteczkę na druga
stronę błony, a później ją uwalniają. Kanały błonowe w ogóle nie muszą
wiązać się z przenoszonymi cząsteczkami - tworzą w błonie biologicznej małe
otworki, przez które przechodzi woda oraz inne substancje (najczęściej są
to niewielkie jony). Oczywiście komórka może w zależności od potrzeb
zamykać lub otwierać swoje kanały błonowe.

Niektóre białka transportowe przenoszą kilka różnych cząsteczek
jednocześnie. Jeśli transportowi jednej substancji musi towarzyszyć
transport innej substancji w tym samym kierunku, mówi się o symporcie.
Jednoczesny transport dwóch substancji w przeciwnych kierunkach przez to
samo białko nosi nazwę antyportu.

Zwykła dyfuzja cząsteczek przez błonę biologiczną oraz dyfuzja wspomagana,
czyli transport przeprowadzany przez białka przenośnikowe zgodnie z
gradientem transbłonowym, nie wymaga zużycia energii. Transport aktywny,
czyli przenoszenie substancji przez błonę w kierunku przeciwnym do
gradientu chemicznego (różnicy stężeń) i gradientu elektrycznego (różnicy
ładunków elektrycznych), zużywa energie zmagazynowana w ATP.

Pompy jonowe (na przykład pompa sodowo-potasowa i pompa wapniowa) należą do
białek odpowiedzialnych za transport aktywny. Żeby mogły działać, trzeba im
dostarczyć energię z ATP.

Wszędobylskie jony Ca2+ są niezbędne w wielu procesach - biorą udział w
procesie widzenia, skurczu mięśnia, aktywują specyficzne białka - takie jak
kalmodulina, która uruchamia szereg innych białek należących do różnych
kaskad sygnałowych; kontrolują apoptozę... Stężenie kationów wapniowych w
cytoplazmie jest niskie; w komórce istnieją magazyny tych jonów. Żeby
stężenie wapnia w cytoplazmie przez cały czas nie wzrastało, specjalne
białka wpompowują jony Ca2+ do tych rezerwuarów (np. mitochondriów i
siateczki śródplazmatycznej). Pompa wapniowa zużywa energię ATP do
transportu jonów wapnia. Oprócz niej istnieje też wymiennik
sodowo-wapniowy, czyli białko błonowe działające na zasadzie antyportu (na
trzy kationy Na+ wchodzące do komórki wydostaje się z komórki jeden jon
wapnia).

Za polaryzację błony komórkowej w dużym stopniu odpowiada rozkład kationów
sodowych i potasowych po przeciwnych stronach błony. Otwarcie specyficznych
kanałów błonowych powoduje depolaryzację błony, czyli gwałtowną zmianę
różnicy potencjału - kationy sodowe wpływają do cytoplazmy, a to sprawia,
ze przez krótką chwilę polaryzacja błony ulega odwróceniu: wewnątrz komórki
jest więcej ładunków dodatnich. Do depolaryzacji błony dochodzi m.in.
podczas pobudzenia komórki nerwowej. Jednak żeby stan błony mógł szybko
powrocić do punktu wyjścia, musi działać błonowa pompa sodowo-potasowa,
która aktywnie transportuje te jony w kierunku energetycznie niekorzystnym.
Tutaj znowu potrzebne jest zużycie ATP - na jedną cząsteczkę ATP pompa
transportuje na zewnątrz trzy jony sodowe, a do wewnątrz dwa kationy
potasowe. Taka pompa działa nie tylko po pobudzeniu komórki przez jakiś
impuls, ale przez cały czas. W ten sposób komórka broni się przed powolnym,
ale stałym napływem jonów sodu z płynu zewnątrzkomórkowego do cytoplazmy
oraz przed ucieczką potasu w przeciwnym kierunku - te zjawiska mogłyby
spowodować samoistną depolaryzację.

Działanie pompy polega na cyklicznych zmianach jej kształtu, zależnych od
naprzemiennych procesów fosforylacji i defosforylacji. Schematyczna
animacje przedstawiająca działanie pompy sodowo-potasowej można zobaczyć na
płycie 'Biologia komórki'.

Wprawdzie roztwory jonów przepływają przez kanały błonowe zgodnie z
elektrochemicznym gradientem stężeń (bez zużycia energii), ale komórka w
zależności od swoich potrzeb metabolicznych decyduje, kiedy zamknąć kanały,
a kiedy je otworzyć. Na jakiej zasadzie odbywa się otwieranie i zamykanie
(tak zwane 'bramkowanie') tych kanałów? Istnieją dwa główne rodzaje
kanałów: kanały bramkowane napięciem i kanały bramkowane ligandem (ligand
to cząsteczka wiążąca się z rozpoznającym ja receptorem). Na przykład
białka uczestniczące w przekazywaniu fali depolaryzacji wzdłuż komórek
nerwowych należą do kanałów bramkowanych napięciem - otwierają się i
zamykają wskutek zmian potencjału elektrycznego. Inne kanały są otwierane
lub zamykane ligandami, na przykład w synapsach komórek nerwowych znajdują
się kanały bramkowane neuroprzekaźnikami. A dlaczego kanały błonowe
przepuszczają tylko niektóre substancje? To zależy od specyficznej budowy
białka tworzącego dany kanał, na przykład układu reszt aminokwasowych,
średnicy kanału, 'płaszcza' cząsteczek wody otaczającego transportowaną
cząsteczkę...

Warto zauważyć, że transport przez błony nie tylko zużywa energię, ale
także ją produkuje. Przecież mitochondria wytwarzają wiele
wysokoenergetycznych wiązań ATP właśnie dzięki transportowi elektronów i
protonów przez białka łańcucha oddechowego...

Znajomość zasad transportu błonowego pozwoliła człowiekowi na stworzenie
nowych leków, tak zwanych antybiotyków jonoforowych, które tworzą 'dziury'
w błonach mikroorganizmów. Niektóre śmiercionośne toksyny (np. TTX)
zabijają organizm, blokując transport przez kanały sodowe.

To nie wszystko, co można powiedzieć o transporcie różnych substancji przez
komórki. Bardzo ciekawy jest sposób porozumiewania się komórek ze swoimi
sąsiadkami - do tego również potrzebne są różne wyrafinowane połączenia
międzykomórkowe, do których jeszcze wrócimy w naszym kursie. A o
wewnątrzkomórkowym transporcie cząsteczek RNA i białek pisaliśmy już na
naszej liście, dyskutując o mechanizmach ekspresji genów.









Poprzedni



Opracowanie i redakcja: Grzegorz Nalepa.














CZWARTEK13 września 2001



Sponsor serwisu:











Jak szukać?
 
Znajdź






Zobacz także:




Leksykon medyczny



Kurs histologii






Wiedza i Życie 





Świat Nauki 





dlaczego.pl 





gimnazjum.pl 





liceum.pl 






mapaPolski.pl 






pilot.pl 
















Serwis nominowany do 'Złotej witryny' konkursu Webfestival 2001.

standard HTML 4.0Copyright © 1996 - 2001Prószyński i S-ka SAemail: [e-mail]