Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Энергия қажет етпейтін тасымалдау
Transport that does not require energy
Пассивті тасымалдау – жасуша мембраналары арқылы заттарды жылжыту үшін энергия талап етпейтін мембраналық тасымалдау түрі. Белсенді тасымалдау сияқты жасуша энергиясын пайдаланудың орнына, пассивті тасымалдау заттардың жасуша мембраналары арқылы қозғалысын қамтамасыз ету үшін термодинамиканың екінші заңына сүйенеді. Негізінен, заттар Фиктің бірінші заңына сәйкес, жоғары концентрацияланған аймақтан төмен концентрацияланған аймаққа қарай жылжиды, себебі бұл қозғалыс жүйенің жалпы энтропиясын арттырады. Пассивті тасымалдаудың жылдамдығы жасуша мембранасының өткізгіштігіне байланысты, ал ол мембраналық липидтер мен ақуыздардың құрылымы мен қасиеттеріне тәуелді. Пассивті тасымалдаудың төрт негізгі түрі – қарапайым диффузия, жеңілдетілген диффузия, сүзілу және/немесе осмос. Пассивті тасымалдау Фиктің бірінші заңымен жүзеге асырылады.
Passive transport is a type of membrane transport that does not require energy to move substances across cell membranes. Instead of using cellular energy, like active transport, passive transport relies on the second law of thermodynamics to drive the movement of substances across cell membranes. Fundamentally, substances follow Fick's first law, and move from an area of high concentration to an area of low concentration because this movement increases the entropy of the overall system. The rate of passive transport depends on the permeability of the cell membrane, which, in turn, depends on the organization and characteristics of the membrane lipids and proteins. The four main kinds of passive transport are simple diffusion, facilitated diffusion, filtration, and/or osmosis. Passive transport follows Fick's first law.
Диффузия
Диффузия – материалдың жоғары концентрациялы аймақтан төмен концентрациялы аймаққа таза қозғалысы. Екі аймақтың арасындағы концентрация айырмашылығы көбінесе концентрация градиенті деп аталады және диффузия осы градиент жойылғанға дейін жалғасады. Диффузия материалдарды жоғары концентрациялы аймақтан төмен концентрациялы аймаққа жылжытатындықтан, оны "концентрация градиенті бойынша" еріген заттардың қозғалысы деп атайды (активті тасымалдаумен салыстырғанда, ол көбінесе материалды төмен концентрациялы аймақтан жоғары концентрациялы аймаққа жылжытады, сондықтан материалды "концентрация градиентіне қарсы" жылжыту деп аталады). Дегенмен, көптеген жағдайларда (мысалы, дәрі-дәрмектердің пассивті тасымалдануы) пассивті тасымалдаудың қозғаушы күші концентрация градиентімен ғана шектелмейді. Егер мембрананың екі жағында дәрілік заттың әртүрлі тепе-теңдік ерігіштігі бар әртүрлі ерітінділер болса, қанығу дәрежесінің айырмашылығы пассивті мембраналық тасымалдаудың қозғаушы күші болып табылады. Бұл препараттың биологиялық қолжетімділігін арттыру үшін аморфты қатты дисперсияларды қолданудың кеңеюіне байланысты маңыздылығы артатын аса қаныққан ерітінділерге де қатысты. Қарапайым диффузия мен осмоз кейбір жағынан ұқсас. Қарапайым диффузия – еріген заттың жоғары концентрациядан төмен концентрацияға дейін, еріген заттың концентрациясы біркелкі болып, тепе-теңдікке жеткенге дейін пассивті қозғалысы. Осмоз – бұл қарапайым диффузияға ұқсас, бірақ ол судың (ерітінді емес) мембрананың екі жағында су мен ерітіндінің концентрациясы теңелгенге дейін іріктеп өткізгіш мембрана арқылы қозғалысын сипаттайды. Қарапайым диффузия мен осмоз – бұл пассивті тасымалдаудың екі түрі және жасушаның АТФ энергиясын қажет етпейді.
Diffusion is the net movement of material from an area of high concentration to an area with lower concentration. The difference of concentration between the two areas is often termed as the concentration gradient, and diffusion will continue until this gradient has been eliminated. Since diffusion moves materials from an area of higher concentration to an area of lower concentration, it is described as moving solutes "down the concentration gradient" (compared with active transport, which often moves material from area of low concentration to area of higher concentration, and therefore referred to as moving the material "against the concentration gradient"). However, in many cases (e. g. passive drug transport) the driving force of passive transport can not be simplified to the concentration gradient. If there are different solutions at the two sides of the membrane with different equilibrium solubility of the drug, the difference in the degree of saturation is the driving force of passive membrane transport. It is also true for supersaturated solutions which are more and more important owing to the spreading of the application of amorphous solid dispersions for drug bioavailability enhancement. Simple diffusion and osmosis are in some ways similar. Simple diffusion is the passive movement of solute from a high concentration to a lower concentration until the concentration of the solute is uniform throughout and reaches equilibrium. Osmosis is much like simple diffusion but it specifically describes the movement of water (not the solute) across a selectively permeable membrane until there is an equal concentration of water and solute on both sides of the membrane. Simple diffusion and osmosis are both forms of passive transport and require none of the cell's ATP energy.
Диффузия жылдамдығы
Пассивті диффузия үшін диффузия заңы бойынша орташа квадраттық қабылдау (d – өлшемдер саны, ал D – диффузия коэффициенті) болады. Сондықтан, шамамен 1 м қашықтыққа диффузия жасау үшін уақыт қажет, ал "орташа жылдамдық" – бұл. Яғни, бірдей физикалық ортада қашықтық кішкентай болғанда диффузия жылдам, ал қашықтық үлкен болғанда баяу болады. Мұны жасуша ішіндегі материал тасымалында байқауға болады. Прокариоттардың денелері әдетте кішкентай болады, сондықтан жасуша ішінде материалды тасымалдау үшін диффузия жеткілікті. Эукариоттар сияқты үлкен жасушалардың метаболизмінің жылдамдығы өте төмен болуы мүмкін, бұл диффузияның баяулығына бейімделуге мүмкіндік береді, немесе жасуша ішінде белсенді тасымалды қамтамасыз ететін күрделі жасушалық механизмдерге инвестиция жасайды, мысалы, микротүтіктер бойымен қозғалатын кинезин.
For passive diffusion, the law of diffusion states that the mean squared displacement is with d being the number of dimensions and D the diffusion coefficient). So to diffuse a distance of about takes time , and the "average speed" is This means that in the same physical environment, diffusion is fast when the distance is small, but less when the distance is large. This can be seen in material transport within the cell. Prokaryotes typically have small bodies, allowing diffusion to suffice for material transport within the cell. Larger cells like eukaryotes would either have very low metabolic rate to accommodate the slowness of diffusion, or invest in complex cellular machinery to allow active transport within the cell, such as kinesin walking along microtubules.
Диффузияның мысалы: Газ алмасу
Диффузияның биологиялық мысалы – адам организміндегі тыныс алу кезінде жүзеге асатын газ алмасу. Тыныс алғанда оттегі өкпеге еніп, альвеолалардың мембранасы арқылы жылдам диффузияланып, өкпе капиллярларының мембранасы арқылы таралып қан айналымына өтеді. Сонымен қатар, көмірқышқыл газы кері бағытта қозғалып, капиллярлардың мембранасы арқылы диффузияланып альвеолаларға өтеді, онда ол сыртқа шығарылуы мүмкін. Оттегінің жасушаларға енуі және көмірқышқыл газының шығуы осы заттардың концентрация градиентіне байланысты жүреді, әрқайсысы өзінің жоғары концентрацияланған аймағынан төмен концентрацияланған аймаққа қарай қозғалады. Газдардың қозғалысы Фик бірінші заңы мен термодинамиканың екінші заңына сәйкес келетіндіктен энергия қажет емес.
A biological example of diffusion is the gas exchange that occurs during respiration within the human body. Upon inhalation, oxygen is brought into the lungs and quickly diffuses across the membrane of alveoli and enters the circulatory system by diffusing across the membrane of the pulmonary capillaries. Simultaneously, carbon dioxide moves in the opposite direction, diffusing across the membrane of the capillaries and entering into the alveoli, where it can be exhaled. The process of moving oxygen into the cells, and carbon dioxide out, occurs because of the concentration gradient of these substances, each moving away from their respective areas of higher concentration toward areas of lower concentration. No energy is required because the movement of the gasses follows Fick's first law and the second law of thermodynamics.
Жеңілдікпен таратылу
Жеңілдетілген диффузия, сондай-ақ тасымалдаушы арқылы жүзеге асырылатын осмоз деп те аталады, бұл молекулалардың жасуша мембранасы арқылы плазма мембранасына ендірілген арнайы тасымалдаушы ақуыздардың көмегімен қозғалысы, иондарды белсенді түрде қабылдап алу немесе шығарып тастау арқылы [14]. Жеңілдетілген диффузия арқылы молекулалардың жасуша мембранасынан өтуі үшін энергия қажет емес. Бұл мембраналық потенциалды өзгертеді, соның нәтижесінде калий сияқты белгілі бір иондардың жоғары сәйкестікке ие тасымалдаушылар мен каналдар арқылы зарядтық градиенті бойынша жеңілдетілген пассивті тасымалдануы мүмкін болады.
Facilitated diffusion, also called carrier mediated osmosis, is the movement of molecules across the cell membrane via special transport proteins that are embedded in the plasma membrane by actively taking up or excluding ions [14]. Through facilitated diffusion, energy is not required in order for molecules to pass through the cell membrane. alters membrane potential allowing for facilitated passive transport of particular ions such as potassium down their charge gradient through high affinity transporters and channels.
Жеңілдікпен диффузияның мысалы: GLUT2
Жеңілдікпен диффузияның мысалы – адам ағзасында глюкозаның Глюкоза тасымалдаушы 2 (GLUT2) арқылы жасушаларға сіңуі. Глюкоза тасымалдау ақуыздарының көптеген басқа түрлері де бар, олардың кейбіреулері энергия қажет етеді және сондықтан пассивті тасымалдау мысалы емес. Тамақтанғаннан кейін жасушаға ішек қабырғасын жабатын энтероциттердің мембранасына GLUT2-ні жылжыту туралы сигнал беріледі. Тамақтанғаннан кейін GLUT2 орналасқанда және осы жасушалардың ішіндегісіне қарағанда глюкозаның сыртқы концентрациясы жоғары болғанда, концентрация градиенті глюкозаны GLUT2 арқылы жасуша мембранасы арқылы өткізеді.
An example of facilitated diffusion is when glucose is absorbed into cells through Glucose transporter 2 (GLUT2) in the human body. There are many other types of glucose transport proteins, some that do require energy, and are therefore not examples of passive transport. After a meal, the cell is signaled to move GLUT2 into membranes of the cells lining the intestines called enterocytes. With GLUT2 in place after a meal and the relative high concentration of glucose outside of these cells as compared to within them, the concentration gradient drives glucose across the cell membrane through GLUT2.
Сүзгілеу
Сүзгілеу – жүрек-қан тамыр жүйесінің тудыратын гидростатикалық қысымның нәтижесінде су мен ерітінді молекулаларының жасуша мембранасы арқылы қозғалысы. Мембрана тесіктерінің мөлшеріне байланысты, тек белгілі бір мөлшердегі ерітінділер ғана одан өте алады. Мысалы, бүйректегі Боуман капсуласының мембрана тесіктері өте кішкентай, сондықтан тек альбуминдер, ең кішкентай ақуыздар, сүзгілену мүмкіндігіне ие. Ал бауыр жасушаларының мембрана тесіктері өте ірі, бірақ жасушалардың өте кішкентай болуы әртүрлі ерітінділердің олар арқылы өтіп, метаболизмге түсуіне мүмкіндік береді.
Filtration is movement of water and solute molecules across the cell membrane due to hydrostatic pressure generated by the cardiovascular system. Depending on the size of the membrane pores, only solutes of a certain size may pass through it. For example, the membrane pores of the Bowman's capsule in the kidneys are very small, and only albumins, the smallest of the proteins, have any chance of being filtered through. On the other hand, the membrane pores of liver cells are extremely large, but not forgetting cells are extremely small to allow a variety of solutes to pass through and be metabolized.
Осмоз
Осмоз – су молекулаларының іріктеу өткізгіш мембрана арқылы жоғары су потенциалы бар аймақтан төмен су потенциалы бар аймаққа таза қозғалысы. Су потенциалы аз жасуша суды тартады, бірақ бұл еріген зат потенциалы (жасушадағы қысым, мысалы, еріген зат молекулалары) және қысым потенциалы (сыртқы қысым, мысалы, жасуша қабырғасы) сияқты басқа факторларға да байланысты. Осмоздық ерітінділердің үш түрі бар: изотоникалық ерітінді, гипотоникалық ерітінді және гипертоникалық ерітінді. Изотоникалық ерітінді – жасуша сыртындағы еріген зат концентрациясы жасуша ішіндегі концентрациямен тең болған кезде. Изотоникалық ерітіндіде су молекулалары ерітінділер арасында қозғалады, бірақ екі бағыттағы жылдамдық бірдей болғандықтан, су қозғалысы жасуша ішінде де, жасуша сыртында да теңдестіріледі. Гипотоникалық ерітінді – жасуша сыртындағы еріген зат концентрациясы жасуша ішіндегі концентрациядан төмен болған кезде. Гипотоникалық ерітінділерде су жасушаға қарай қозғалады, оның концентрация градиенті бойынша (судың жоғары концентрациясынан төмен концентрациясына). Бұл жасушаның ісінуіне әкелуі мүмкін. Жасуша қабырғасы жоқ жасушалар, мысалы, жануарлар жасушалары, мұндай ерітіндіде жарылуы мүмкін. Гипертоникалық ерітінді – еріген зат концентрациясы жасуша ішіндегі концентрациядан жоғары (гипер – жоғары дегенді білдіреді). Гипертоникалық ерітіндіде су сыртқа шығып, жасушаның қысқаруына себеп болады.
Osmosis is the net movement of water molecules across a selectively permeable membrane from an area of high water potential to an area of low water potential. A cell with a less negative water potential will draw in water, but this depends on other factors as well such as solute potential (pressure in the cell e. g. solute molecules) and pressure potential (external pressure e. g. cell wall). There are three types of Osmosis solutions: the isotonic solution, hypotonic solution, and hypertonic solution. Isotonic solution is when the extracellular solute concentration is balanced with the concentration inside the cell. In the Isotonic solution, the water molecules still move between the solutions, but the rates are the same from both directions, thus the water movement is balanced between the inside of the cell as well as the outside of the cell. A hypotonic solution is when the solute concentration outside the cell is lower than the concentration inside the cell. In hypotonic solutions, the water moves into the cell, down its concentration gradient (from higher to lower water concentrations). That can cause the cell to swell. Cells that don't have a cell wall, such as animal cells, could burst in this solution. A hypertonic solution is when the solute concentration is higher (think of hyper as high) than the concentration inside the cell. In hypertonic solution, the water will move out, causing the cell to shrink.