Tạo điều kiện khuếch tán của ion

Tạo điều kiện khuếch tán của ion Tạo điều kiện khuếch tán của ion diễn ra thông qua protein, hoặc hội đồng của các protein, nhúng vào trong các màng huyết tương. Những protein xuyên màng hình thành một kênh chứa đầy nước thông qua đó các ion có thể chuyển xuống gradient nồng độ của nó. Các kênh truyền màng đó tạo điều kiện cho phép phổ biến có thể được mở hoặc đóng cửa. Họ được cho là "cổng" . Một số loại kênh ion có cổng:  ligand-gated  máy móc-gated  điện áp-gated  ánh sáng-gated Ligand-gated kênh ion. Nhiều kênh ion mở hoặc đóng cửa để đáp ứng với liên kết một phân tử tín hiệu nhỏ hoặc "phối tử" . Một số các kênh ion được gated của phối tử ngoại, một số bằng cách phối tử trong tế bào. Trong cả hai trường hợp, phối tử là không phải các chất được vận chuyển khi kênh này sẽ mở ra. Phối tử bên ngoài Bên ngoài phối tử (được hiển thị ở đây trong xanh) liên kết với một trang web ở bên ngoại của kênh. Ví dụ:  Acetylcholine ( ACh ). Các liên kết của các chất truyền thần kinh acetylcholin ở một số khớp thần kinh sẽ mở ra các kênh mà thừa nhận Na + và bắt đầu một xung động thần kinh hoặc co cơ .  Gamma amino butyric acid ( GABA ). Ràng buộc của GABA ở các khớp thần kinh nhất định - chỉ GABA A - trong hệ thống thần kinh trung ương thừa nhận Cl - ion vào trong tế bào và ức chế sự tạo ra một xung động thần kinh. [ More ] Nội phối tử Nội phối tử liên kết với một trang web trên protein kênh tiếp xúc với các tế bào chất . Ví dụ:  "Thứ hai sứ giả", giống như chu kỳ AMP ( cAMP ) và GMP vòng ( cGMP ), điều chỉnh các kênh liên quan đến việc bắt đầu các xung trong tế bào thần kinh phản ứng với mùi hôi và ánh sáng tương ứng.  ATP là cần thiết để mở các kênh cho phép clorua (Cl - ) và bicarbonate (HCO 3 - ) các ion trong tế bào. kênh này là khiếm khuyết ở bệnh nhân xơ nang . Mặc dù năng lượng giải phóng của các thủy phân ATP là cần thiết để mở các kênh, điều này là không một ví dụ về vận chuyển tích cực, các ion khuếch tán thông qua các kênh mở sau gradient nồng độ của họ. Máy móc-gated kênh ion Ví dụ:  Sóng âm giống như uốn lông mi dự vào các tế bào lông của tai trong mở ra các kênh ion dẫn đến việc tạo ra các xung động thần kinh não bộ diễn dịch như là âm thanh. [ More ]  Cơ biến dạng của các tế bào thụ thể kéo dài sẽ mở ra các kênh ion dẫn đến việc tạo ra các xung động thần kinh. [ More ] Điện áp-gated kênh ion Trong cái gọi là "kích thích" các tế bào như tế bào thần kinh và các tế bào cơ , một số kênh mở hoặc đóng cửa để đáp ứng với những thay đổi về phí (đo bằng vôn) qua màng huyết tương. Ví dụ: Khi xung một đi xuống một tế bào thần kinh, việc giảm điện áp sẽ mở ra các kênh sodium trong phần tiếp giáp của màng. Điều này cho phép dòng chảy của Na + trong tế bào thần kinh và do đó việc tiếp tục các xung động thần kinh. [ More ] Một số 7000 ion natri đi qua mỗi kênh trong thời gian ngắn (khoảng 1 phần nghìn giây) mà nó vẫn mở. Điều này đã được học bằng cách sử dụng các kỹ thuật kẹp bản vá. Các Clamp Patch Kỹ thuật Các thuộc tính của các kênh ion có thể được nghiên cứu bằng phương tiện kỹ thuật kẹp bản vá.  Một pipette rất tốt (với việc mở cửa của khoảng 0,5 μm) được ép với các màng huyết tương của  hoặc là một tế bào nguyên vẹn hay  màng plasma có thể được kéo ra khỏi các tế bào và chuẩn bị đặt trong một giải pháp kiểm tra thành phần mong muốn.  Hiện dòng thông qua một kênh ion đơn sau đó có thể đo được. các phép đo như vậy cho thấy mỗi kênh là một trong hai hoàn toàn mở hoặc đóng cửa hoàn toàn, có nghĩa là, tạo điều kiện khuếch tán qua một kênh duy nhất là "tất cả-hoặc-không". Kỹ thuật này đã cung cấp quá nhiều thông tin giá trị về các kênh ion mà các nhà phát minh của mình, Erwin Neher và Bert Sakmann, đã được trao giải Nobel vào năm 1991. Tạo điều kiện khuếch tán của phân tử Một số, nhỏ ưa nước phân tử hữu cơ, giống như đường, có thể đi qua màng tế bào bằng cách khuếch tán tạo điều kiện. Một lần nữa, quá trình này đòi hỏi các protein xuyên màng. Trong một số trường hợp, các - kênh ion giống như - mẫu nước chứa đầy các lỗ chân lông cho phép các phân tử để vượt qua trong (hoặc ra) của màng sau gradient nồng độ của nó. Ví dụ: Maltoporin . Điều này homotrimer trong màng ngoài của E. coli hình thức cho phép các lỗ chân lông Disacarit maltose và một vài phân tử liên quan khuếch tán vào tế bào. Một ví dụ khác: Màng plasma của các tế bào máu người màu đỏ có chứa các protein xuyên màng có giấy phép phổ biến của glucose từ máu vào tế bào. Lưu ý rằng trong tất cả các trường hợp khuếch tán tạo điều kiện thông qua các kênh, các kênh được chọn lọc , có nghĩa là, cấu trúc của protein chỉ thừa nhận một số loại phân tử thông qua. Cho dù tất cả các trường hợp tạo điều kiện khuếch tán của các phân tử nhỏ sử dụng các kênh vẫn chưa được chứng minh. Có lẽ một số phân tử được chuyển qua màng tế bào của một sự thay đổi conformational trong hình dạng của các protein xuyên màng khi nó liên kết các phân tử được vận chuyển. Trong cả hai trường hợp, sự tương tác giữa các phân tử được vận chuyển và vận chuyển của nó tương tự như trong nhiều cách tương tác giữa một enzyme và cơ chất của nó. Liên kết với một cuộc thảo luận về năng lượng học của-nền tương tác enzyme. Hoạt động vận tải Hoạt động vận tải là việc bơm phân tử hoặc các ion thông qua một màng chống gradient nồng độ của họ. Nó đòi hỏi:  một protein xuyên màng (thường là một phức tạp của chúng) được gọi là vận chuyển và  năng lượng. Các nguồn năng lượng này là ATP . Năng lượng của ATP có thể được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp.  Trực tiếp hoạt động vận tải. Một số kết ATP trực tiếp vận chuyển và sử dụng năng lượng của thủy phân của nó để lái xe vận tải hoạt động.  Hoạt động gián tiếp thông vận tải. vận chuyển khác sử dụng năng lượng đã được lưu trữ trong các gradient của một bơm trực tiếp- ion . Trực tiếp hoạt động vận chuyển ion thiết lập một gradient nồng độ. Khi điều này được thuyên giảm bằng cách khuếch tán tạo điều kiện, năng lượng phát hành có thể được khai thác để việc bơm một số ion hoặc phân tử. Liên kết với một phân tích định lượng của các quá trình này. Trực tiếp hoạt động vận tải 1. Các Na + / K + ATPase Các tế bào chất của tế bào động vật có chứa một nồng độ của các ion kali (K + ) đến 20 lần so với trong dịch ngoại bào. Ngược lại, các dịch ngoại bào có chứa một nồng độ của các ion natri (Na + ) khoảng 10 lần lớn hơn so với trong tế bào. Những gradient nồng độ được thành lập bởi các vận động của cả hai ion. Và, trên thực tế, việc vận chuyển như nhau, gọi là Na + / K + ATPase, hiện cả hai công việc. Nó sử dụng năng lượng từ thủy phân ATP để  tích cực vận tải 3 Na + ion trong tế bào  cho mỗi 2 K + ion bơm vào tế bào. Điều này hoàn thành một số chức năng quan trọng:  Nó giúp thiết lập một mạng lưới phí qua màng plasma với nội thất của tế bào đang được tích điện âm đối với bên ngoài. Điều này có tiềm năng nghỉ ngơi chuẩn bị các tế bào thần kinh và cơ bắp cho việc truyền bá tiềm năng hành động dẫn đến xung thần kinh và co cơ .  Sự tích lũy của các ion natri bên ngoài tế bào hút nước ra khỏi tế bào và do đó cho phép nó để duy trì sự cân bằng thẩm thấu (nếu không nó sẽ sưng lên và vỡ từ sự khuếch tán vào trong nước).  Các gradient của các ion natri được khai thác để cung cấp năng lượng để chạy nhiều loại máy bơm gián tiếp . Các vai trò quan trọng của Na + / K + ATPase được phản ánh trong thực tế là gần một phần ba năng lượng của tất cả được tạo ra bởi các ty lạp thể trong tế bào động vật được sử dụng chỉ để chạy máy bơm. 2. H + / K + ATPase Các tế bào đỉnh của dạ dày của bạn sử dụng máy bơm để tiết dịch vị. Những tế bào này vận chuyển các proton (H + ) từ một nồng độ khoảng 4 x 10 -8 M trong tế bào để có nồng độ khoảng 0,15 M trong dịch dạ dày (cho nó một độ pH gần với 1). Nhỏ tự hỏi rằng các tế bào đỉnh được nhồi với ty thể và sử dụng số tiền rất lớn của ATP khi họ thực hiện điều này, triệu lần tập trung ba của proton. 3. Các Ca 2 + ATPases A Ca 2 + ATPase nằm ở màng tế bào của tất cả các tế bào nhân chuẩn. Nó sử dụng năng lượng được cung cấp bởi một phân tử ATP để bơm một Ca 2 + ion trong tế bào. Các hoạt động của các máy bơm giúp duy trì các gradient lần tập trung 20.000 ~ của Ca 2 + từ bào tương (~ 100 nM) và ECF (~ 20 mM). [ More ] Trong lúc nghỉ ngơi cơ xương, có một cao hơn tập trung nhiều các ion canxi (Ca 2 + ) trong lưới sarcoplasmic hơn trong bào tương. Kích hoạt các sợi cơ này cho phép một số Ca 2 + để đi qua tạo điều kiện khuếch tán vào trong tế bào chất mà nó gây ra co thắt. [ Liên kết để thảo luận ]. Sau khi co, này Ca 2 + được bơm trở lại vào lưới sarcoplasmic. Điều này được thực hiện bởi một Ca + 2 ATPase có sử dụng năng lượng từ mỗi phân tử ATP để bơm 2 Ca 2 + ion. Bơm 1. 3. - được chỉ định kiểu vận chuyển ion-P bởi vì họ sử dụng cơ chế cơ bản giống nhau: một sự thay đổi conformational trong các protein vì chúng đã được phosphoryl hóa thuận nghịch của ATP. Và cả ba máy bơm có thể được thực hiện để chạy lùi. Đó là, nếu các ion được bơm được phép khuếch tán trở lại thông qua màng tế bào phức tạp, có thể được tổng hợp ATP từ ADP và phosphate vô cơ. 4. ABC vận chuyển ABC (" A TP- B inding C assette ") vận chuyển được các protein xuyên màng mà  phơi bày một miền ligand-binding ở một mặt và một  ATP-binding miền ở bề mặt khác. Các miền ligand-binding thường bị giới hạn với một loại duy nhất của phân tử. Các ATP liên kết với miền của nó cung cấp năng lượng để bơm các phối tử qua màng. Các bộ gen của con người chứa 48 gene cho vận chuyển ABC. Một số ví dụ:  CFTR - các xơ nang màng dẫn điều chỉnh  TAP , việc vận chuyển kết hợp với chế biến kháng nguyên. [ Thảo luận ]  việc vận chuyển các tế bào gan sử dụng để bơm muối của axit mật ra vào trong mật.  ABC vận chuyển mà bơm thuốc hóa học trị liệu trong các tế bào ung thư làm giảm hiệu quả của họ. vận chuyển ABC phải có phát triển sớm trong lịch sử của cuộc sống. Các lĩnh vực liên kết ATP trong cổ , Eubacteria , và sinh vật nhân chuẩn tất cả các chia sẻ một tương đồng cơ cấu, ATP-binding "cassette". Gián tiếp hoạt động vận tải Gián tiếp hoạt động vận tải sử dụng dòng chảy xuống dốc của một ion để bơm một số phân tử khác hoặc ion với độ dốc của nó. Các ion lái xe thường natri (Na + ) với độ dốc của nó được thành lập bởi các Na + / K + ATPase. Symport Bơm Trong loại vận tải hoạt động gián tiếp, các ion lái xe (Na + ) và các phân tử được bơm qua máy bơm màng trong cùng một hướng. Ví dụ:  Các Na + / đường vận chuyển . Điều này cho phép các protein xuyên màng ion natri và glucose vào các tế bào với nhau. Các ion natri chảy xuống gradient nồng độ của họ trong khi các phân tử glucose được bơm lên của họ. Sau đó natri được bơm trở lại trong các tế bào của Na + / K + ATPase. Liên kết bên ngoài Liên kết với một hình ảnh động của quá trình sản xuất bởi đội cha và con trai của John và John Giannini. Xin vui lòng cho tôi biết bằng thư điện tử nếu bạn tìm thấy một liên kết bị hỏng trong các trang của tôi.)  Các Na + / vận chuyển glucose được sử dụng để chủ động vận chuyển glucose trong ruột và cũng có trong các ống thận và trở lại vào máu. Các mối quan hệ năng lượng cho các quá trình này có thể được định lượng. Liên kết để thảo luận một.   Tất cả các axit amin có thể được vận chuyển tích cực, cho ra ví dụ về các ống thận và vào máu, theo hướng symport máy bơm-natri. [ Ví dụ ]  hướng symport máy bơm-Sodium cũng trở về dẫn truyền thần kinh đến các tế bào thần kinh trước synap [ khác ].  Các Na + / iốt vận chuyển . Điều này bơm ion symporter iốt vào các tế bào của tuyến giáp (để sản xuất thyroxine) và cũng có thể vào các tế bào của tuyến vú (để cung cấp của em bé cần cho iốt).  Các permease mã hóa bởi các operon lac của E. coli mà vận chuyển lactose thành các tế bào. Antiport Bơm Trong bơm antiport, các ion lái xe (một lần nữa, thường natri) khuếch tán qua các máy bơm theo một hướng cung cấp năng lượng để vận chuyển tích cực của một số phân tử khác hoặc ion theo hướng ngược lại. Ví dụ: Ca 2 + các ion được bơm ra khỏi tế bào bằng cách điều khiển máy bơm antiport-natri [ Link ]. Antiport máy bơm trong không bào của một số nhà máy khai thác những tạo điều kiện khuếch tán ra bên ngoài của proton (tự bơm vào các không bào của một H + ATPase )  cho việc vận chuyển vào trong hoạt động của các ion natri. natri này / antiport bơm proton cho phép các nhà máy để cô lập các ion natri trong không bào của nó. cây cà chua biến đổi gen mà overexpress này natri / antiport bơm proton có thể phát triển mạnh trong đất mặn quá mặn cho cà chua thông thường.  cho việc vận chuyển vào trong hoạt động của các ion nitrat (NO 3 - ). Một số di truyền bệnh kênh ion Ngày càng có nhiều bệnh nhân đã được phát hiện là do đột biến gen di truyền theo các kênh mã hóa. Một số ví dụ:  Chloride kênh bệnh o xơ nang ; o thừa hưởng xu hướng sỏi thận (gây ra bởi một loại khác nhau của kênh clorua hơn so với một liên quan đến bệnh xơ nang).  Kali kênh bệnh o phần lớn các trường hợp hội chứng QT dài , một rối loạn di truyền của nhịp đập của tim; o một, hiếm được thừa kế xu hướng bị động kinh ở trẻ sơ sinh; o kế thừa một số loại điếc [ Thảo luận ].  Sodium kênh bệnh o thừa hưởng xu hướng một số loại co thắt cơ; o Liddle của hội chứng . Thiếu natri vận chuyển ra khỏi thận, bởi vì một kênh natri đột biến, dẫn đến tăng áp suất thẩm thấu của máu và tăng huyết áp do (cao huyết áp ). Thâ ́m thâ ́u  Thẩm thấu là một thuật ngữ đặc biệt sử dụng cho sự khuếch tán của nước qua màng tế bào.  Mặc dù nước là một cực phân tử, nó có thể đi qua các bilayer lipid của màng huyết tương. Aquaporins - màng protein hình thành các kênh ưa nước - lớn thúc đẩy quá trình, nhưng ngay cả khi không này, nước vẫn có thể có được thông qua.  Nước đi bằng cách khuếch tán từ một vùng cao hơn để một khu vực có nồng độ thấp hơn. Lưu ý rằng điều này liên quan đến nồng độ của nước, không tập trung của bất kỳ chất tan có trong nước.  Nước là không bao giờ vận chuyển tích cực, có nghĩa là, nó không bao giờ di chuyển với gradient nồng độ của nó. Tuy nhiên, nồng độ của nước có thể được thay đổi bởi việc vận chuyển động của chất tan và trong cách chuyển động của nước vào và ra khỏi tế bào có thể được kiểm soát. Ví dụ: sự tái hấp thu nước từ các ống thận trở lại vào máu phụ thuộc vào các nước sau đây đằng sau việc vận chuyển tích cực của Na + . [ Thảo luận ] Hypotonic giải pháp Nếu nồng độ của nước trong môi trường xung quanh một tế bào lớn hơn của bào tương, môi trường được cho là Hypotonic . Nước đi vào tế bào bằng cách thẩm thấu. Một tế bào máu đỏ được đặt trong một giải pháp Hypotonic (ví dụ, nước tinh khiết) nổ ngay lập tức ("tán huyết") từ các dòng nước. Nhà máy tế bào và tế bào vi khuẩn tránh bùng nổ trong môi trường xung quanh Hypotonic của thành tế bào mạnh của họ. Điều này cho phép sự tích tụ của turgor bên trong tế bào. Khi áp suất turgor bằng với áp suất thẩm thấu, thẩm thấu hết. Làm thế nào thận của cá nước ngọt và động vật lưỡng cư cho phép chủ sở hữu của họ được sống trong môi trường xung quanh Hypotonic của họ. Đẳng trương giải pháp Khi các tế bào máu đỏ được đặt trong một dung dịch muối 0,9%, họ không đạt được cũng như không bị mất nước bằng cách thẩm thấu.Như một giải pháp được cho là đẳng trương . Các dịch ngoại bào (ECF) của các tế bào động vật có vú là đẳng trương với tế bào chất của họ. cân bằng này phải được tích cực duy trì vì số lượng lớn các phân tử hữu cơ hòa tan trong tế bào, nhưng không có mặt trong ECF. Những phân tử hữu cơ gây một hiệu ứng thẩm thấu rằng, nếu không phải bồi thường, sẽ gây ra các tế bào để có trong nhiều nước để nó sẽ sưng lên và có thể nổ ngay cả. số phận này là tránh bằng cách bơm các ion natri ra khỏi tế bào với Na + / K + ATPase . Trương giải pháp Nếu các tế bào màu đỏ được đặt trong nước biển (khoảng 3% muối), họ bị mất nước bằng cách thẩm thấu và các tế bào teo lại lên. Nước biển là ưu trương để bào tương của họ. Tương tự, nếu một mô nhà máy được đặt trong nước biển, các nội dung di động giảm đi từ thành tế bào cứng nhắc. Điều này được gọi là plasmolysis . [ Liên kết với một cái nhìn của nó. ] Nước biển cũng trương cho ECF của hầu hết các vật có xương sống biển. Để tránh mất nước nghiêm trọng, các động vật (ví dụ, xương cá như cá tuyết) phải  liên tục uống nước biển và sau đó  ngươ ̀i thâu thuê ́ nó bằng cách bơm các ion trong mang của họ bằng cách vận chuyển tích cực . Các loài chim biển, trong đó có thể vượt qua thời gian dài đi từ nước ngọt, và rùa biển sử dụng một thiết bị tương tự. Họ, cũng vậy, uống nước muối để chăm sóc các nhu cầu nước của họ và sử dụng năng lượng trao đổi chất để ngươ ̀i thâu thuê ́ nó. Trong mòng biển cá trích, hiển thị ở đây, muối được tách bởi hai tuyến vào đầu và phát hành (trong một giải pháp rất tập trung - đó là mặn hơn so với máu) ra bên ngoài thông qua lỗ mũi. Biển rắn sử dụng một cơ chế tương tự khử muối. Làm thế nào thận của loài cá biển được thích nghi với cuộc sống trong một môi trường ưu trương. Thẩm thấu là quan trọng ! Một báo cáo trong tháng tư năm 1998 phát hành 23 của The New England Journal of Medicine cho biết những biến chứng đe dọa cuộc sống mà có thể được gây ra bởi một sự thiếu hiểu biết của thẩm thấu.  khối lượng lớn dung dịch albumin người 5% được tiêm vào người trải qua một thủ tục gọi là plasmapheresis.  albumin được hòa tan trong dung dịch muối sinh lý (NaCl 0,9%) và do đó là đẳng trương với huyết tương người (các phân tử protein lớn nhỏ albumin chỉ có hiệu lực thẩm thấu một).  Nếu giải pháp 5% là không có sẵn, dược sĩ có thể thay thế một pha loãng thích hợp của một giải pháp albumin 25%. Trộn 1 phần của giải pháp 25% với 4 phần của kết quả pha loãng trong dung dịch 5% chính xác của albumin.  Nhưng , trong nhiều trường hợp, các chất pha loãng được sử dụng là nước vô trùng, không phải nước muối sinh lý.  SO , giải pháp kết quả là mạnh mẽ Hypotonic với huyết tương người.  Các kết quả: quy mô lớn, đe dọa tính mạng tán huyết ở những bệnh nhân.