Transportul membranar

Transportul membranar

Membrana celulara poseda o permeabilitate zisa selectiva, adica ea se lasa traversata de anumite substante dar nu si de altele.

Trecerea substantelor prin membrana se poate face:

• Prin transport pasiv

Transportul pasiv nu necesite nici un consum de energie din partea celulei. El are loc singur chiar daca celula este moarta.

• Prin transport activ

Transportul activ se face cu o cheltuiala de energie din partea celulei.Acesta nu poate avea loc daca celula este moarta.

1 Transportul pasiv: difuzia, osmoza si difuzia facilitata

• Difuzia simpla

O substanta daca poate traversa membrana va difuza din partea unde este mai concentrata in partea mai putin concentrata pana cand se echilibreaza concentratiile de o parte si de alta a membranei.

Ne putem imagina un acvariu impartit in doua printr-o grila cu spatii suficient de mari sa treaca pestii care sunt toti grupati in partea stanga.

Dupa un timp vom observa ca pestii vor ocupa tot spatiul disponibil din tot acvariul.

Inlocuind pestii cu molecule dispersate in apa si grila cu o membrana strabatuta de pori atat de mari incat sa lase sa treaca moleculele si daca punem mai multe molecule de o parte a membranei vom observa o deplasare a moleculelor din partea unde sunt mai multe catre partea cu mai putine. Aceasta se numeste difuzie. Cand se ajunge la un echilibru al concentartiilor, moleculele continua sa traverseze membrana si intr-un sens si in celelalt in numar egal.

Daca o substanta este mai abundenta in lichidul interstitial din jurul celulei decat in lichidul din interiorul celulei, si membrana se lasa traversata de catre aceasta substanta, se va observa o difuzie a substantei de la exterior catre interiorul celulei. De exemplu,l a fel si oxigenul paraseste vasele sanguine pentru a patrunde in celelue.

a ) b)

a) Moleculele de solvent (punctele negre) se deplaseaza difuzind prin memebrana din zona mai concentrata in zona mai putin concentrata.

b) Dupa atingerea echilibrului dintre concentratii, cate molecule se deplaseaza la stanga, tot atatea se vor deplasa si la dreapta.

Atunci cand o substanta este mai concentrata intr-o zona decat in alta, se numeste gradient de concentratie intre cele doua zone. Daca o substanta se    deplaseaza dintr-o zona in alta, ea o va face intotdeauna urmand gradientul sau de concentratie, din zona mai concentrata spre cea mai putin concentrata.

Daca o substanta este mai abundenta in lichidul interstitial din jurul celulei decat in lichidul din interiorul celulei, si membrana se lasa traversata de catre aceasta substanta, se va observa o difuzie a substantei de la exterior catre interiorul celulei. De exemplu, la fel si oxigenul paraseste vasele sanguine pentru a patrunde in celule.

Substantele pot traversa membrana:

• Traversand direct cele doua straturi de lipide.

Este cazul moleculelor mici ca apa, oxigenul sau dioxidul de carbon si substantele solubile in grasimi.

• Traversand prin mici canale formate din proteine care strabat toata grosimea membranei. Asa cum apa si electrolitii traverseaza membrana.

Unele din aceste canela sunt foarte selective si nu lasa sa treaca strict decat anumite substante.

Unele canale se pot, de asemenea, deschide sau inchide ca raspuns al unor semnale chimice sau electrice de la nivelul membranei.

Gradient de concentratie

Diferenta de concentratie intre doua regiuni.

O substant difuzeaza mereu urmand gradientul sau de concentratie, adica de la concentrat la mai putin concentrat

Chiar daca ionii sunt, in general, foarte mici(Na⁺,Cl^- ,K⁺, Ca ²⁺,)ei nu pot traversa straturile de lipide. Ei traverseaza membrana traversand prin mici canale proteice pline cu apa.

• Difuzia facilitata

Anumite proteine ale membranei se pot lega de o molecula de care se desprind de partea cealalta a membranei. Acest mod de deplasare se numeste difuzie facilitata. De exemplu, glucoza patrunde in celule prin difuzie facilitata.

Trecerea substantei ce urmeaza sa traverseze memebrana se efectueaza ca urmare a unei schimbari a formei proteinei de care se leaga. Schimbarea de forma a proteinei are ca efect deplasarea substantei de o parte in alta a membranei.

Difuzia facilitata nu necesita consum de energie din partea celulei.Ca si difuzia simpla, ea se efectueaza urmand gradientul de concentratie ( din zona mai concentrata catre cea mai putin concentrata).

Glucoza, patrunde in celula prin difuzie facilitata. Actiunea insulinei (hormon care scade nivelul glucozei in sange) are ca efect cresterea, in membrana celulei, a numarului de proteine ce pot transporta glucoza. Sub efectul insulinei, celulele devin, deci, mai permeabile pentru glucoza. Aceasta patrunde in celule, ceea ce duce la scaderea nivelului ei in sange.

• Osmoza

Pentru ca membrana este permeabila pentru apa, apa poate difuza traversand-o daca exista un gradient de concentratie de o parte si de alta a ei.Difuzia apei se numeste osmoza.

Exista osmoza daca doua zone de concentratii diferite sunt separate una de alta printr-o membrana permeabila la apa. Apa se deplaseaza din zona mai putin concentrata in solut catre zona mai concentrata.

Cand comparam concentratiile celor doua solutii:

• solutia foarte concentrata in solut (solvat) se numeste hipertonica in raport cu alta.
• solutia mai putin concentrata in solut (mai diliata), se numeste hipotonica in raport cu alta.
• daca cele doua solutii au aceeasi concentratie, se numesc izotonice una in raport cu alta.

Osmoza are loc intotdeauna dintr-o regiune hipotonica catre una hipertonica.

Cu cat o solutie e mai concentrata in solut (solvat), cu atat osmolaritatea ei este mai crescuta. Osmolaritatea este o masura a concentratiei exprimata in numar de particule dizolvate in unitatea de volum.

dar nu si pentru solut

Apa se deplaseaza prin osmoza din compartimentul hipotonic (din stanga) catre compartimentul hipertonic (din dreapta).

Se observa ca doar apa trece prin membrana, solutul nu este lasat sa treaca de catre membrana.

Molecula de apa Molecula de solut

Compartiment Membrana Compartiment

hipotonic hipertonic

Sunt mai multe molecule de apa in compartimentul hipotonic decat in cel hipertonic. Apa se deplaseaza din cel in care este mai abundenta catre cel unde e mai putin.Aceasta este osmoza.

De exemplu: daca punem o celula (o hematie) intr-o solutie concentrata de sare (NaCl), membrana celulei este permeabila pentru apa dar impermeabila pentru sare. Apa va iesi din celula. Celula, respectiv hematia, se va zbarci.

In organism, apa se deplaseaza dintr-o zona in alta prin osmoza: din intestin in sange, din sange in lichidul interstitial si din lichidul interstitial in celule.

De aceea solutiile perfuzate pacientilor sunt solutii izotonice cu lichidele din organism.

2Transportul activ

• Are loc contra gradientului de concentratie. Adica in sens invers difuziei.
• Necesita un consum de energie din partea celulei.
• Necesita un transportor proteic.

40% din energia pe care o consumam zilnic serveste pentru mecanismele de transport activ la nivelul membranelor celulare.

Dupa cum se stie, in grosimea membranelor celulelor se afla proteine speciale, numite transportoare, care actioneaza ca niste "pompe". Aceste proteine pot fixa o substanta, urmand sa se deformeze si sa traverseze aceasta substanta dincolo de membrana. Acest mecanism cere un consum de energie din partea celulei.

Transport activ. Molecula de transportat patrunde in transportor. Deformarrea transportorului permite moleculei sa patrunda in celula. Aceasta deformare necesita un consum de energie din partea celulei.

Aminoacizii precum si anumiti electroliti ca Na⁺ si K⁺ sunt transportati contra gradientului lor de concentratie prin transport activ.

Transportul activ permite celulei sa mentina o compozitie chimica diferita de compozitia chimica a lichidului interstitial. Fara mecanismul de transport activ, concentratiilie s-ar echilibra prin difuzie, si compozitia interna va deveni sensibil identica cu concentratia externa. Ceea ce ar produce moartea celulei.

3Transportul in vrac sau prin vezicule

Unele celule pot absobi sau rejeta o substanta ingloband-o printr-o parte a membranei lor. Aceasta deformare a membranei necesita un consum de energie din partea celulei.

• Exocitiza: o vezicula din citoplasma se ataseaza de membrana, legandu-se de ea. Continutul veziculei este apoi rejetat la exteriorul celulei. In acest fel celulele din intestin rejeteaza enzimele digestive necesare digestiei alimentelor.
• Endocitioza: membrana se deformeaza invaginandu-se catre interior. Se formeaza o vezicula ce contine o parte din mediul exterior. Vezicula se detaseaza de membrana si migreaza in celula.

Atunci cand substanta absorbita prin endocitoza este o particula mare (o bacterie inglobata de o leucocita, de exemplu) se numeste atunci, fagocitoza.