Bilgi

Neden bir iyonun konsantrasyonu, bir plazma zarı boyunca başka bir iyonun konsantrasyon gradyanını etkilemez?

Neden bir iyonun konsantrasyonu, bir plazma zarı boyunca başka bir iyonun konsantrasyon gradyanını etkilemez?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

İlk aşamalarda, plazma zarı boyunca bazı iyon kanalları, iyonların konsantrasyon gradyanlarını hücre içine veya dışına akmasına izin vermek için açılır. Her iyonun zar boyunca toplam elektrik potansiyelinin diğer iyonları etkileyeceğini ve böylece zar boyunca taşınmalarını etkileyeceğini anlıyorum. Bununla birlikte, iyon konsantrasyonunun neden genel bir konsantrasyon olarak alınmadığını anlamıyorum çünkü kesinlikle, eğer Brown hareketinin neden olduğu iyonların difüzyonuna bakıyorsak, o zaman zarın her iki tarafındaki tüm moleküller diğer molekülleri etkileyecektir. zarın ilgili tarafında?


Seçici geçirgenlik

Plazma zarları asimetriktir, yani fosfolipidlerin oluşturduğu ayna görüntüsüne rağmen zarın içi ile dışı aynı değildir. Kanallar veya pompalar gibi davranan integral proteinler tek yönde çalışır. Lipidlere veya proteinlere bağlı karbonhidratlar da plazma zarının dış yüzeyinde bulunur. Bu karbonhidrat kompleksleri, hücrenin hücre dışı sıvıda ihtiyaç duyduğu maddeleri hücreye bağlamaya yardımcı olur. Bu, plazma zarlarının seçici doğasına önemli ölçüde katkıda bulunur.

Plazma zarlarının hidrofilik ve hidrofobik bölgelere sahip olduğunu hatırlayın. Bu özellik, belirli malzemelerin zardan hareketine yardımcı olur ve diğerlerinin hareketini engeller. Yağda çözünen malzeme, zarın hidrofobik lipid çekirdeğinden kolayca kayabilir.. Yağda çözünen A, D, E ve K vitaminleri gibi maddeler sindirim sistemindeki ve diğer dokulardaki plazma zarlarından kolayca geçer. Yağda çözünen ilaçlar ayrıca hücrelere kolayca girer ve vücudun doku ve organlarına kolayca taşınır. Oksijen ve karbondioksit moleküllerinin yükü yoktur ve basit difüzyonla geçerler.

Polar maddeler, su hariç, zar için problemler yaratır. Bazı polar moleküller hücrenin dışıyla kolayca bağlanırken, plazma zarının lipid çekirdeğinden kolayca geçemez. Ek olarak, küçük iyonlar, zarın mozaiğindeki boşluklardan kolayca kayabilirken, yükleri bunu yapmalarını engeller. Sodyum, potasyum, kalsiyum ve klorür gibi iyonlar, plazma zarlarına nüfuz etmek için özel araçlara sahip olmalıdır. Basit şekerler ve amino asitler de plazma zarlarından geçiş için yardıma ihtiyaç duyar.


Kolaylaştırılmış difüzyon

Kolaylaştırılmış difüzyon, basit difüzyonla karıştırılmaması gereken, hücre zarına gömülü taşıma proteinlerinin aracılık ettiği bir pasif taşıma şeklidir. 12 Kolaylaştırılmış difüzyon, lipofobik moleküllerin hücre zarının çift lipid tabakasından geçişine izin verir. 2 Tıpkı pasif taşımada olduğu gibi, moleküller, parçacıklar ve iyonlar, dengeyi sağlamak ve böylece sistemin entropisini arttırmak için hücre zarında yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona serbestçe hareket eder. Ayrıca pasif taşıma gibi, sistemin Gibbs Serbest Enerjisi negatiftir ve parçacık hareketinin kendiliğinden olmasına izin verir. 4 Kolaylaştırılmış difüzyon, çözünen maddenin hareketini kolaylaştırmak için kanal proteinlerini kullanır.

(1)

(2)

(3)

(4)

Şekil 3. Bir zar boyunca kanal proteini yoluyla Kolaylaştırılmış Difüzyon, görüntüler 1-4.

Kanal Proteinleri

Kanal proteinleri, lipid çift katmanlı membrana daldırılmış gözeneklerdir ve kolaylaştırılmış difüzyonun ayırt edici özelliğidir. 13 Tüm kanal proteinlerinin iki ortak noktası vardır:

  1. parçacıkların termodinamik olarak uygun net hareketini kolaylaştırırlar
  2. taşınan parçacık için bir afinite ve özgüllük gösterirler. 2

Kanal proteinlerinin ayrım gözetmediğini ve her kanal proteininin bir seçicilik filtresi içerdiğini belirtmek özellikle önemlidir. 14 Seçicilik filtresi, kanal proteininin içinde konsantre edilmiş bir amino asit kalıntıları topluluğudur. Parçacıklar, genellikle iyonlar, kanal proteinine geçerken, amino asit kalıntıları ve iyon arasında elektrostatik bir etkileşim meydana gelir. 15 Etkileşim, örneğin, kalsiyum (Na + ) veya potasyum (K + ) gibi iyonlar durumunda negatif yüklü amino asit kalıntılarını ve klor durumunda (Cl - ) pozitif yüklü amino asit kalıntılarını içerir. 2 Amino asit kalıntıları ve iyonlar arasındaki elektrostatik etkileşim, kanal proteininin atomik yarıçapını son derece sonlu bir doğrulukla ölçerek söz konusu iyonu tanımlamasını sağlar. Potasyum (K + ) kanalları, atom yarıçapında sadece 0.38 fark olmasına rağmen, Na + üzerinden K + 'yı binin üzerinde bir faktörle seçer. &Bir yüzük.

Tüm kanal proteinleri doğal bir seçicilik filtresine sahipken, diğerleri ek geçitlere sahiptir. 2 Geçitleme, kanal proteininin konformasyonel bir değişikliğe uğramasına izin veren önceden belirlenmiş bir tetikleyiciye verilen bir yanıttır. Bu eylem daha sonra, kanalı açan veya kapatan, özel parçacığının geçmesine izin veren veya izin vermeyen başka bir konformasyonel değişikliğe neden olur. Kanal proteinleri, bir dizi farklı mekanizma yoluyla fiziksel veya kimyasal olarak modüle edilebilir.

Voltaj geçişi

Voltaj kapılı kanal proteinleri, çevresindeki hücre zarının elektrik potansiyelindeki bir değişiklik ile aktive edilir. 16 Hücre zarı boyunca bir potansiyel farkı oluştuğunda, elektromanyetik alanı kanal proteininde konformasyonel bir değişikliğe neden olarak açılmasına izin verir. Protein kanalının açılması, hücre zarını depolarize eden bir iyon akışına veya akışına izin verir.

Voltaj kapılı protein kanalları, uyarılabilir nöronal ve kas dokularında özellikle önemli bir rol oynar. 2

Ligand geçişi

Ligand kapılı kanal proteinleri, bir ligandın bağlanmasına yanıt olarak aktive edilir. 17 Tipik olarak, ligand bağlanması, kanal proteininin gözenekinden bağımsız bir allosterik bağlanma bölgesinde meydana gelir. Allosterik bağlanma bölgesinde bir ligandın bağlanması, kanal proteininin yapısında konformasyonel bir değişikliğe neden olur ve ardından iyonların içeri veya dışarı akışına neden olur. Ligandın salınması, kanal proteininin orijinal şekline dönmesini sağlar. Yapısal olarak, ligand kapılı kanal proteinleri, allosterik bağlanma yeri olarak hizmet eden ek bir protein alanının mevcudiyeti nedeniyle genellikle diğer kanallardan farklıdır. 2

Ligand geçişinin prototipik örneği, nöromüsküler kavşağın postsinaptik tarafında bulunan nikotinik asetilkolin reseptörüdür. 18

Diğer yolluk

Kanal proteinleri, daha az yaygın durumlarda, ışık aktivasyonu, mekanik aktivasyon veya ikincil haberci aktivasyonu gibi yöntemlerle kapılanabilir. 2 Işıkla aktive olan protein kanalları, bir fotonun kanal proteininde açılıp kapanmasına neden olan konformasyonel bir değişikliğe neden olduğu bir fotoswitch içerir. Sadece bir tane böyle protein kanalı doğal olarak bulunur. 19 Mekanik olarak aktive olan protein kanalları, mekanik bir uyarana tepki olarak açılır veya kapanır ve insandaki dokunma, işitme ve denge duyuları için hayati öneme sahiptir. 20 Ligand kapılı protein kanalları tipik olarak ikinci haberci kapısına bağlanır. 2 İkinci haberci geçitleme işlevi, bir nörotransmiterin bir kanal protein reseptörüne bağlanması ve sırayla, konformasyon değiştiren ligandın bağlandığı aktif bir site ortaya çıkarması şeklinde adım adım işlev görür.


Sodyum-Potasyum Pompası

Aktif taşımacılık Molekülleri ve iyonları bir konsantrasyon gradyanına karşı “yokuş yukarı”” – boyunca zarlardan pompalamak için enerji gerektiren işlemdir. Bu molekülleri konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket ettirmek için bir taşıyıcı protein gereklidir. Taşıyıcı proteinler bir konsantrasyon gradyanı ile çalışabilir (pasif taşıma sırasında), ancak bazı taşıyıcı proteinler bir enerji girişi ile çözünen maddeleri konsantrasyon gradyanına (düşük konsantrasyondan yüksek konsantrasyona) karşı hareket ettirebilir.

Aktif taşımada, taşıyıcı proteinler malzemeleri konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket ettirmek için kullanıldığından, bu proteinler pompalar olarak bilinir. Diğer hücresel aktivite türlerinde olduğu gibi, ATP çoğu aktif taşıma için enerji sağlar. ATP'nin aktif taşımayı güçlendirmesinin bir yolu, bir fosfat grubunu doğrudan bir taşıyıcı proteine ​​aktarmaktır. Bu, taşıyıcı proteinin şeklini değiştirerek molekülü veya iyonu zarın diğer tarafına hareket ettirebilir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bu tür aktif taşıma sistemine bir örnek, sodyum-potasyum pompası, hayvan hücrelerinin plazma zarı boyunca potasyum iyonları için sodyum iyonlarını değiştirir.

Sodyum-potasyum pompa sistemi, sodyum ve potasyum iyonlarını büyük konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket ettirir. Potasyum seviyesinin yüksek olduğu hücreye iki potasyum iyonu taşır ve hücreden üç sodyum iyonunu hücre dışı sıvıya pompalar.

Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, hücre içindeki protein pompasına üç sodyum iyonu bağlanır. Taşıyıcı protein daha sonra ATP'den enerji alır ve şekil değiştirir. Bunu yaparken, üç sodyum iyonunu hücreden dışarı pompalar. Bu noktada hücrenin dışından gelen iki potasyum iyonu protein pompasına bağlanır. Potasyum iyonları daha sonra hücreye taşınır ve işlem tekrarlanır. Sodyum-potasyum pompası hemen hemen her insan hücresinin plazma zarında bulunur ve tüm hücresel yaşam için ortaktır. Hücre potansiyelinin korunmasına yardımcı olur ve hücresel hacmi düzenler.

Elektrokimyasal Gradyan

İyonların zar boyunca aktif taşınması, plazma zarı boyunca bir elektriksel gradyan oluşmasına neden olur. Hücre dışındaki pozitif yüklü iyonların sayısı sitozoldeki pozitif yüklü iyonların sayısından fazladır. Bu, zarın içinde nispeten negatif bir yük ve dışta bir pozitif yük ile sonuçlanır. Yüklerdeki bu fark, zar boyunca bir gerilime neden olur. Voltaj, bu durumda zar boyunca zıt yüklerin ayrılmasından kaynaklanan elektriksel potansiyel enerjidir. Bir zardan geçen gerilime denir. membran potansiyeli. Membran potansiyeli, sinir hücreleri boyunca elektriksel uyarıların iletimi için çok önemlidir.

Hücrenin içi, hücre dışına göre negatif olduğundan, zar potansiyeli, pozitif yüklü iyonların (katyonların) hücre içine hareketini ve negatif iyonların (anyonların) hücre dışına hareketini kolaylaştırır. Dolayısıyla, plazma zarı boyunca iyonların difüzyonunu sağlayan iki kuvvet vardır: bir kimyasal kuvvet (iyonların konsantrasyon gradyanı) ve bir elektrik kuvveti (membran potansiyelinin iyonların hareketi üzerindeki etkisi). Birlikte çalışan bu iki kuvvete denir. elektrokimyasal gradyan“Sinir Hücreleri” ve “Sinir İmpulsları” kavramlarında ayrıntılı olarak ele alınacaktır.


Hücre Zarı

Yapı ve işlevdeki farklılıklara rağmen, çok hücreli organizmalardaki tüm canlı hücreleri çevreleyen bir hücre zarı vardır. Cildinizin dış tabakası vücudunuzu çevresinden ayırırken, hücre zarı (plazma zarı olarak da bilinir) hücrenin iç içeriğini dış ortamından ayırır. Bu hücre zarı, hücrenin etrafında koruyucu bir bariyer oluşturur ve hangi maddelerin içeri veya dışarı geçebileceğini düzenler.

Hücre Zarının Yapısı ve Bileşimi

Hücre zarı, esas olarak arka arkaya fosfolipidlerden ("iki katmanlı") oluşan son derece esnek bir yapıdır. Membranın akışkanlığına katkıda bulunan kolesterol de mevcuttur ve zarın içine gömülü çeşitli işlevlere sahip çeşitli proteinler vardır.

Tek bir fosfolipid molekülünün bir ucunda "kafa" adı verilen bir fosfat grubu ve lipid kuyruklarını oluşturan yan yana iki yağ asidi zinciri vardır ((Şekil)). Fosfat grubu negatif yüklüdür, bu da başı kutupsal ve hidrofilik veya "suyu seven" hale getirir. Bir hidrofilik molekül (veya bir molekülün bölgesi), suya çekilen bir moleküldür. Fosfat kafaları böylece hem hücre dışı hem de hücre içi ortamların su moleküllerine çekilir. Öte yandan lipit kuyrukları yüksüz veya polar değildir ve hidrofobiktir - veya "sudan korkar". Hidrofobik bir molekül (veya bir molekülün bölgesi) su tarafından itilir ve itilir. Bazı lipid kuyrukları doymuş yağ asitlerinden oluşur ve bazıları doymamış yağ asitleri içerir. Bu kombinasyon, sürekli hareket halinde olan kuyrukların akışkanlığına katkıda bulunur. Fosfolipitler bu nedenle amfipatik moleküllerdir. Amfipatik bir molekül, hem hidrofilik hem de hidrofobik bölge içeren bir moleküldür. Aslında sabun, amfipatik özelliklere sahip olduğu için yağ ve gres lekelerini çıkarmaya çalışır. Hidrofilik kısım suda çözülebilirken, hidrofobik kısım gresi daha sonra yıkanabilen misellerde tutabilir.

Hücre zarı iki bitişik fosfolipit tabakasından oluşur. Bir katmanın lipid kuyrukları, diğer katmanın lipid kuyruklarına bakar ve iki katmanın ara yüzeyinde buluşur. Fosfolipid başları dışa bakar, bir katman hücrenin içine, bir katman dışa bakar ((Şekil)). Fosfat grupları polar ve hidrofilik oldukları için hücre içi sıvıdaki suya çekilirler. Hücre içi sıvı (ICF), hücrenin sıvı iç kısmıdır. Fosfat grupları ayrıca hücre dışı sıvıya çekilir. Hücre dışı sıvı (ECF), hücre zarının muhafazasının dışındaki sıvı ortamıdır. İnterstisyel sıvı (IF), kan damarlarında bulunmayan hücre dışı sıvıya verilen terimdir. Lipid kuyrukları hidrofobik olduğu için, bu boşluktan sulu hücre içi ve hücre dışı sıvıyı dışarıda bırakarak zarın iç bölgesinde buluşurlar. Hücre zarı, fosfolipid çift tabakası ile ilişkili birçok proteinin yanı sıra diğer lipidlere (kolesterol gibi) sahiptir. Membranın önemli bir özelliği, sıvı kalmasıdır, hücre zarındaki lipidler ve proteinler sıkı bir şekilde yerinde kilitlenmez.

Membran Proteinleri

Lipid çift tabakası hücre zarının temelini oluşturur, ancak çeşitli proteinlerle kaplanmıştır. Hücre zarı ile yaygın olarak ilişkilendirilen iki farklı protein türü, integral proteinler ve çevresel proteindir ((Şekil)). Adından da anlaşılacağı gibi, bir integral protein, zara gömülü bir proteindir. Bir kanal proteini, belirli iyonlar gibi belirli malzemelerin hücre içine veya dışına geçmesine seçici olarak izin veren bir integral protein örneğidir.

İntegral proteinlerin bir diğer önemli grubu, bir hücrenin kimliğini diğer hücreler tarafından tanınabilmesi için işaretlemeye hizmet eden hücre tanıma proteinleridir. Bir reseptör, hücre dışında belirli bir molekülü seçici olarak bağlayabilen bir tür tanıma proteinidir ve bu bağlanma hücre içinde kimyasal bir reaksiyonu indükler. Ligand, bir reseptöre bağlanan ve onu aktive eden spesifik moleküldür. Bazı integral proteinler hem reseptör hem de iyon kanalı olarak ikili rollere hizmet eder. Bir reseptör-ligand etkileşiminin bir örneği, dopamin gibi nörotransmiterleri bağlayan sinir hücreleri üzerindeki reseptörlerdir. Bir dopamin molekülü bir dopamin reseptör proteinine bağlandığında, belirli iyonların hücre içine akmasına izin vermek için transmembran protein içindeki bir kanal açılır.

Bazı integral membran proteinleri glikoproteinlerdir. Bir glikoprotein, hücre dışı matrise uzanan karbonhidrat moleküllerinin bağlı olduğu bir proteindir. Glikoproteinler üzerindeki ekli karbonhidrat etiketleri, hücre tanımaya yardımcı olur. Zar proteinlerinden ve hatta bazı zar lipidlerinden uzanan karbonhidratlar topluca glikokaliksi oluşturur. Glikokaliks, hücre zarına bağlı glikoproteinler ve diğer karbonhidratlardan oluşan hücrenin etrafında bulanık görünen bir kaplamadır. Glikokaliksin çeşitli rolleri olabilir. Örneğin, hücrenin başka bir hücreye bağlanmasına izin veren moleküllere sahip olabilir, hormonlar için reseptörler içerebilir veya besinleri parçalamak için enzimlere sahip olabilir. Bir kişinin vücudunda bulunan glikokaliksler, o kişinin genetik yapısının ürünleridir. Bireyin trilyonlarca hücresine, kişinin vücuduna ait olma “kimliğini” verirler. Bu kimlik, bir kişinin bağışıklık savunma hücrelerinin kişinin kendi vücut hücrelerine saldırmayacağını “bilmesinin” birincil yoludur, ancak aynı zamanda başka bir kişi tarafından bağışlanan organların reddedilebilmesinin nedenidir.

Periferik proteinler tipik olarak lipid çift tabakasının iç veya dış yüzeyinde bulunur, ancak aynı zamanda bir integral proteinin iç veya dış yüzeyine de eklenebilir. Bu proteinler tipik olarak hücre için belirli bir işlevi yerine getirir. Örneğin, bağırsak hücrelerinin yüzeyindeki bazı periferik proteinler, besinleri hücrelerden ve kan dolaşımına geçebilecek boyutlara parçalamak için sindirim enzimleri görevi görür.

Hücre Zarı boyunca Taşıma

Hücre zarının en büyük harikalarından biri, hücre içindeki maddelerin konsantrasyonunu düzenleme yeteneğidir. Bu maddeler, Ca ++ , Na + , K + ve Cl gibi iyonları içerir - şekerler, yağ asitleri ve amino asitler dahil besinler ve atık ürünler, özellikle karbondioksit (CO2), hücreyi terk etmesi gerekir.

Membranın lipid çift katmanlı yapısı, ilk kontrol seviyesini sağlar. Fosfolipidler birbirine sıkıca paketlenir ve zar hidrofobik bir iç kısma sahiptir. Bu yapı, zarın seçici geçirgen olmasına neden olur. Seçici geçirgenliğe sahip bir zar, yalnızca belirli kriterleri karşılayan maddelerin yardımsız geçmesine izin verir. Hücre zarı durumunda, yalnızca nispeten küçük, polar olmayan malzemeler lipit çift tabakasından geçebilir (unutmayın, zarın lipit kuyrukları polar değildir). Bunlara bazı örnekler diğer lipidler, oksijen ve karbondioksit gazları ve alkoldür. Bununla birlikte, glikoz, amino asitler ve elektrolitler gibi suda çözünür maddeler, fosfolipid çift tabakasının hidrofobik kuyrukları tarafından itildikleri için zarı geçmek için biraz yardıma ihtiyaç duyarlar. Membran içerisinde hareket eden tüm maddeler, bunu, enerji gerekip gerekmediğine göre kategorize edilen iki genel yöntemden biriyle yapar. Pasif taşıma, hücresel enerji harcamadan maddelerin zar boyunca hareketidir. Buna karşılık, aktif taşıma, maddelerin adenozin trifosfattan (ATP) gelen enerjiyi kullanarak zar boyunca hareketidir.

Pasif ulaşım

Anlamak için nasıl maddeler bir hücre zarı boyunca pasif olarak hareket eder, konsantrasyon gradyanlarını ve difüzyonu anlamak gerekir. Konsantrasyon gradyanı, bir maddenin bir boşluktaki konsantrasyonundaki farktır. Moleküller (veya iyonlar), o boşlukta eşit olarak dağılıncaya kadar, daha yoğun oldukları yerden daha az yoğun oldukları yerlere yayılır/yayılır. (Moleküller bu şekilde hareket ettiklerinde, hareket ettikleri söylenir. aşağı konsantrasyon gradyanları.) Difüzyon, parçacıkların daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareketidir. Birkaç yaygın örnek, bu kavramı açıklamaya yardımcı olacaktır. Kapalı bir banyonun içinde olduğunuzu hayal edin. Bir şişe parfüm püskürtülürse, koku molekülleri doğal olarak şişeyi bıraktıkları noktadan banyonun her köşesine yayılır ve bu yayılma konsantrasyon gradyanı kalmayana kadar devam ederdi. Başka bir örnek, bir fincan çayın içine yerleştirilmiş bir kaşık şekerdir. Sonunda şeker, konsantrasyon gradyanı kalmayana kadar çay boyunca dağılacaktır. Her iki durumda da, oda daha sıcaksa veya çay daha sıcaksa, moleküller birbirine çarptığından ve daha düşük sıcaklıklarda olduğundan daha hızlı yayıldıkça difüzyon daha da hızlı gerçekleşir. 98.6 ° F civarında bir iç vücut sıcaklığına sahip olmak, böylece vücuttaki parçacıkların difüzyonuna da yardımcı olur.

Difüzyonu ve çözeltideki moleküllerin kinetik enerjisi tarafından nasıl hareket ettirildiğini görmek için bu bağlantıyı ziyaret edin. Sıcaklık difüzyon hızını nasıl etkiler ve neden?

Hücre zarları gibi yarı geçirgen bir zarın bir tarafında daha fazla konsantrasyonda bir madde bulunduğunda, konsantrasyon gradyanını zar boyunca aşağı hareket ettirebilen herhangi bir madde bunu yapacaktır. Gazlar oksijen (O) gibi hücre zarının lipid çift tabakasından kolayca difüze olabilen maddeleri düşünün.2) ve CO2. Ö2 genellikle hücrelere difüze olur çünkü onların dışında daha yoğundur ve CO2 tipik olarak hücrelerin dışına yayılır çünkü içlerinde daha yoğundur. Bu örneklerin hiçbiri hücre tarafından herhangi bir enerji gerektirmez ve bu nedenle zar boyunca hareket etmek için pasif taşıma kullanırlar.

Devam etmeden önce, bir hücre zarından yayılabilen gazları gözden geçirmeniz gerekir. Hücreler metabolizma sırasında oksijeni hızla tükettiğinden, tipik olarak daha düşük bir O konsantrasyonu vardır.2 hücrenin içinde dışından daha fazla. Sonuç olarak, oksijen interstisyel sıvıdan doğrudan membranın lipid çift tabakası yoluyla ve hücre içindeki sitoplazmaya yayılacaktır. Öte yandan, hücreler CO ürettiği için2 Metabolizmanın bir yan ürünü olarak CO2 konsantrasyonlar sitoplazma içinde yükselir, bu nedenle CO2 hücreden lipid çift tabakasından ve konsantrasyonunun daha düşük olduğu interstisyel sıvıya hareket edecektir. Moleküllerin bir hücre zarı boyunca daha yoğun oldukları taraftan daha az yoğun oldukları tarafa doğru hareket eden bu mekanizma, basit difüzyon adı verilen bir pasif taşıma şeklidir ((Şekil)).

Hidrofilik olan büyük polar veya iyonik moleküller, çift fosfolipid tabakasını kolayca geçemezler. Su gibi çok küçük polar moleküller, küçük boyutları nedeniyle basit difüzyon yoluyla geçebilirler. Yükler fosfolipid çift tabakasının içindeki hidrofobik kuyruklar tarafından itildiğinden, herhangi bir boyuttaki yüklü atomlar veya moleküller basit difüzyon yoluyla hücre zarını geçemezler. Suda çözünen maddeler hücre zarının her iki tarafında da konsantrasyon gradyanlarını aşağı doğru yayma eğiliminde olacaktır, ancak çoğu madde hücre zarının lipid çift tabakasından serbestçe geçemediğinden, hareketleri protein kanalları ve zardaki özel taşıma mekanizmaları ile sınırlıdır. . Kolaylaştırılmış difüzyon, büyüklükleri, yükleri ve/veya polariteleri nedeniyle lipid çift tabakasını geçemeyen maddeler için kullanılan difüzyon işlemidir ((Şekil)). Kolaylaştırılmış difüzyonun yaygın bir örneği, glikozun ATP yapmak için kullanıldığı hücreye hareketidir. Glikoz bir hücrenin dışında daha konsantre olabilse de, hem büyük hem de polar olduğundan basit difüzyon yoluyla lipit çift tabakasını geçemez. Bunu çözmek için, glikoz taşıyıcı adı verilen özel bir taşıyıcı protein, içeriye difüzyonunu kolaylaştırmak için glikoz moleküllerini hücreye aktaracaktır.

Örnek olarak, sodyum iyonları (Na + ) hücrelerin dışında oldukça konsantre olmalarına rağmen, bu elektrolitler yüklüdür ve zarın polar olmayan lipid çift tabakasından geçemezler. Difüzyonları, sodyum kanalları (veya "gözenekler") oluşturan zar proteinleri tarafından kolaylaştırılır, böylece Na + iyonları konsantrasyon gradyanlarını hücrelerin dışından hücrelerin içine doğru hareket ettirebilir. Amino asitler gibi bir hücreye geçmek veya atıklar gibi bir hücreden çıkmak için kolaylaştırılmış difüzyondan geçmesi gereken birçok başka çözünen madde vardır. Kolaylaştırılmış difüzyon pasif bir süreç olduğundan, hücre tarafından enerji harcaması gerektirmez.

Su ayrıca, ya protein kanalları aracılığıyla ya da zarın lipid kuyrukları arasından kayarak tüm hücrelerin hücre zarı boyunca serbestçe hareket edebilir. Osmoz, suyun yarı geçirgen bir zardan difüzyonudur ((Şekil)).

Su moleküllerinin hareketinin kendisi hücreler tarafından düzenlenmez, bu nedenle hücrelerin, hücre dışındaki (hücre dışı sıvıdaki) çözünen konsantrasyonunun, hücre içindeki çözünen konsantrasyonuna eşit olduğu bir ortama maruz kalması önemlidir ( sitoplazmada). Aynı konsantrasyonda çözünenlere sahip iki çözeltiye izotonik (eşit gerilim) denir. Hücreler ve hücre dışı ortamları izotonik olduğunda, su moleküllerinin konsantrasyonu hücrelerin içinde ve dışında aynıdır ve hücreler normal şekillerini (ve işlevlerini) korurlar.

Osmoz, bir hücrenin dışında ve hücrenin içinde çözünen maddeler arasında bir dengesizlik olduğunda meydana gelir. Başka bir çözeltiden daha yüksek konsantrasyonda çözünen içeren bir çözeltiye hipertonik denir ve su molekülleri hipertonik bir çözeltiye yayılma eğilimindedir ((Şekil)). Hipertonik bir çözeltideki hücreler, su hücreyi ozmoz yoluyla terk ederken büzüşür. Buna karşılık, başka bir çözeltiden daha düşük bir çözünen konsantrasyonuna sahip bir çözeltiye hipotonik olduğu söylenir ve su molekülleri hipotonik bir çözeltiden difüze olma eğilimindedir. Hipotonik bir solüsyondaki hücreler çok fazla su alır ve sonunda patlama riskiyle birlikte şişer. Canlılarda homeostazın kritik bir yönü, tüm vücut hücrelerinin izotonik bir çözelti içinde olduğu bir iç ortam yaratmaktır. Çeşitli organ sistemleri, özellikle böbrekler, bu dengeyi sağlamak için çalışır.

Bölmeler arasında materyalleri pasif olarak taşımak için difüzyonun yanı sıra başka bir mekanizma da filtrasyondur. Bir maddenin daha yoğun olduğu yerden daha az yoğun olduğu yere difüzyonundan farklı olarak, filtrasyon sıvıyı ve içindeki çözünenleri daha yüksek bir basınç alanından daha düşük bir basınç alanına iten hidrostatik bir basınç gradyanı kullanır. Filtrasyon vücutta son derece önemli bir süreçtir. Örneğin, dolaşım sistemi, plazmayı ve maddeleri, kılcal damarların endotel astarı boyunca ve çevre dokulara taşımak için filtrasyon kullanır ve hücrelere besin sağlar. Böbreklerdeki filtrasyon basıncı, atıkların kan dolaşımından uzaklaştırılması için mekanizma sağlar.

Aktif taşımacılık

Yukarıda açıklanan tüm taşıma yöntemleri için hücre enerji harcamaz. Maddelerin pasif taşınmasına yardımcı olan zar proteinleri, bunu ATP kullanmadan yapar. Aktif taşıma sırasında, genellikle protein taşıyıcıların yardımıyla bir maddeyi bir zardan geçirmek için ATP gereklidir ve genellikle karşısında onun konsantrasyon gradyanı.

En yaygın aktif taşıma türlerinden biri, pompa görevi gören proteinleri içerir. "Pompa" kelimesi muhtemelen bir bisikletin veya bir basketbol topunun lastiğini pompalamak için enerji kullanma düşüncelerini akla getiriyor. Benzer şekilde, bu zar proteinlerinin maddeleri (moleküller veya iyonlar) zar boyunca, genellikle konsantrasyon gradyanlarına karşı (düşük konsantrasyonlu bir alandan yüksek konsantrasyonlu bir alana) taşıması için ATP'den gelen enerji gereklidir.

Na + /K + ATPaz olarak da adlandırılan sodyum-potasyum pompası, potasyumu hücreye taşırken sodyumu hücre dışına taşır. Na + /K + pompası, birçok hücre tipinin zarlarında bulunan önemli bir iyon pompasıdır. Bu pompalar, hücre zarları boyunca bir elektrik gradyanı korumak için sürekli olarak sodyum iyonlarını dışarı pompalayan ve potasyum iyonlarını çeken sinir hücrelerinde özellikle bol miktarda bulunur. Elektriksel gradyan, bir uzaydaki elektrik yükündeki farktır. Örneğin sinir hücreleri söz konusu olduğunda, hücrenin içi ve dışı arasında elektriksel gradyan vardır ve içerisi dışarıya göre negatif olarak yüklenir (yaklaşık -70 mV'de). Negatif elektriksel gradyan korunur, çünkü her Na + /K + pompası, kullanılan her ATP molekülü için üç Na + iyonunu hücre dışına ve iki K + iyonunu hücreye hareket ettirir ((Şekil)). Bu süreç, sinir hücreleri için o kadar önemlidir ki, ATP kullanımlarının çoğunu oluşturur.

Aktif taşıma pompaları, maddeleri membran boyunca taşımak için diğer aktif veya pasif taşıma sistemleriyle birlikte çalışabilir. Örneğin, sodyum-potasyum pompası, hücrenin dışında yüksek bir sodyum iyonu konsantrasyonu sağlar. Bu nedenle, hücrenin sodyum iyonlarına ihtiyacı varsa, sodyum iyonlarının konsantrasyon gradyanı onları hücreye difüze edeceğinden, tek yapması gereken pasif bir sodyum kanalı açmaktır. Bu şekilde, aktif bir taşıma pompasının (sodyum-potasyum pompası) hareketi, bir konsantrasyon gradyanı oluşturarak sodyum iyonlarının pasif taşınmasına güç sağlar. Aktif taşıma, başka bir maddenin taşınmasına bu şekilde güç verdiğinde, buna ikincil aktif taşıma denir.

Simporterler, iki maddeyi aynı yönde hareket ettiren ikincil aktif taşıyıcılardır. Örneğin, sodyum-glikoz simportörü, glikoz moleküllerini hücreye "çekmek" için sodyum iyonlarını kullanır. Hücreler enerji için glikoz depoladığından, glikoz tipik olarak hücrenin içinde dışarıdan daha yüksek bir konsantrasyondadır. Bununla birlikte, sodyum-potasyum pompasının etkisinden dolayı, simporter açıldığında sodyum iyonları hücreye kolaylıkla difüze olacaktır. Sodyum iyonlarının semporterden akışı, glikozun symporter boyunca ve konsantrasyon gradyanına karşı hücre içine hareket etmesine izin veren enerjiyi sağlar.

Tersine, antiporterler, maddeleri zıt yönlerde taşıyan ikincil aktif taşıma sistemleridir. Örneğin, sodyum-hidrojen iyonu antiporteri, hidrojen iyonlarını (H+) hücrenin dışına taşımak için sodyum iyonlarının içe akışından gelen enerjiyi kullanır. Sodyum-hidrojen antiporter, hücrenin iç pH'ını korumak için kullanılır.

Diğer aktif taşıma biçimleri, zar taşıyıcılarını içermez. Endositoz ("hücre içine alma"), bir hücrenin materyali hücre zarının bir kısmına sararak yutması ve ardından zarın o kısmını sıkıştırması işlemidir ((Şekil)). Bir kez sıkıştırıldığında, zarın kısmı ve içeriği bağımsız, hücre içi bir kesecik haline gelir. Bir kesecik, zarlı bir kesedir - lipid çift katmanlı bir zarla sınırlanmış küresel ve içi boş bir organeldir. Endositoz genellikle parçalanması veya sindirilmesi gereken maddeleri hücreye getirir. Fagositoz (“hücre yeme”), büyük parçacıkların endositozudur. Birçok bağışıklık hücresi, istilacı patojenlerin fagositozuna girer. Küçük Pac-men gibi, onların görevi vücut dokularını istila eden bakteri hücreleri gibi istenmeyen maddeler için devriye gezmek, onları fagosite etmek ve sindirmektir. Fagositozun aksine pinositoz (“hücre içme”) çözünmüş maddeler içeren sıvıyı zar vezikülleri yoluyla bir hücreye getirir.

Fagositoz ve pinositoz, hücre dışı materyalin büyük kısımlarını alır ve getirdikleri maddelerde tipik olarak çok seçici değildirler. Hücreler, reseptör aracılı endositoz yoluyla spesifik maddelerin endositozunu düzenler. Reseptör aracılı endositoz, hücre zarının belirli bir maddeye özgü birçok reseptör içeren bir bölümünün endositozudur. Yüzey reseptörleri yeterli miktarda spesifik maddeyi (reseptör ligandı) bağladıktan sonra hücre, hücre zarının reseptör-ligand komplekslerini içeren kısmını endositoz yapacaktır. Hemoglobinin gerekli bir bileşeni olan demir, bu şekilde kırmızı kan hücreleri tarafından endositoz edilir. Demir, kanda transferrin adı verilen bir proteine ​​bağlanır. Kırmızı kan hücresi yüzeylerindeki spesifik transferrin reseptörleri, demir-transferrin moleküllerini bağlar ve hücre, reseptör-ligand komplekslerini endositoz yapar.

Endositozun aksine, ekzositoz ("hücre dışına çıkarma") veziküler taşıma kullanarak bir hücrenin materyal ihraç etme sürecidir ((Şekil)). Birçok hücre, ihracat için bir ürün üreten bir fabrika gibi, salgılanması gereken maddeleri üretir. Bu maddeler tipik olarak hücre içinde zara bağlı kesecikler içinde paketlenir. Vezikül zarı hücre zarı ile birleştiğinde, kesecik içindekileri interstisyel sıvıya bırakır. Vezikül zarı daha sonra hücre zarının bir parçası haline gelir. Mide ve pankreas hücreleri, ekzositoz yoluyla sindirim enzimleri üretir ve salgılar ((Şekil)). Endokrin hücreleri, vücuda gönderilen hormonları üretir ve salgılar ve bazı bağışıklık hücreleri, bağışıklık tepkileri için önemli bir kimyasal olan büyük miktarlarda histamin üretir ve salgılar.

Doku örneğini daha detaylı incelemek için University of Michigan WebScope'u görüntüleyin.

Hücre: Kistik Fibrozis Kistik fibroz (CF), Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 30.000 kişiyi etkiler ve her yıl yaklaşık 1.000 yeni vaka rapor edilir. Genetik hastalık en çok akciğerlere verdiği zarar, solunum güçlüklerine ve kronik akciğer enfeksiyonlarına neden olmasıyla bilinir, ancak aynı zamanda karaciğeri, pankreası ve bağırsakları da etkiler. Sadece yaklaşık 50 yıl önce, KF ile doğan çocukların prognozu çok acımasızdı - nadiren 10 yıldan fazla bir yaşam beklentisi. Günümüzde tıbbi tedavideki gelişmelerle birlikte birçok KF hastası 30'lu yaşlarına kadar yaşamaktadır.

KF semptomları, kistik fibroz transmembran iletkenlik regülatörü veya CFTR olarak adlandırılan arızalı bir membran iyon kanalından kaynaklanır. Sağlıklı insanlarda CFTR proteini, Cl - iyonlarını hücre dışına taşıyan ayrılmaz bir zar proteinidir. CF'li bir kişide, CFTR için gen mutasyona uğrar, bu nedenle hücre, tipik olarak zara dahil olmayan, bunun yerine hücre tarafından bozulan kusurlu bir kanal proteini üretir.

CFTR, çalışması için ATP'ye ihtiyaç duyar ve Cl'sini - taşımasını bir aktif taşıma biçimi haline getirir. Bu karakteristik, araştırmacıları uzun süre şaşırttı çünkü Cl - iyonları aslında akıyor. aşağı hücrelerden taşındıklarında konsantrasyon gradyanları. Aktif taşıma genellikle iyonları pompalar karşısında konsantrasyon gradyanları, ancak CFTR bu kuralın bir istisnasını sunar.

Normal akciğer dokusunda, Cl - hücre dışına hareketi, hücrenin hemen dışında Cl - açısından zengin, negatif yüklü bir ortam sağlar. Bu özellikle solunum sisteminin epitel astarında önemlidir. Solunum epitel hücreleri, toz, bakteri ve diğer kalıntıları yakalamaya yarayan mukus salgılar. Bir siliyer (çoğul = kirpikler), belirli hücrelerde bulunan saç benzeri uzantılardan biridir. Epitel hücrelerinin üzerindeki silyalar, mukusu ve onun hapsolmuş partiküllerini solunum yollarında yukarıya, akciğerlerden dışarıya ve dışarıya doğru hareket ettirir. Etkili bir şekilde yukarı doğru hareket edebilmek için, mukus çok viskoz olamaz, ince, sulu bir kıvama sahip olmalıdır. Cl'nin taşınması - ve hücre dışında elektronegatif bir ortamın korunması, Na + gibi pozitif iyonları hücre dışı boşluğa çeker. Hem Cl - hem de Na + iyonlarının hücre dışı boşlukta birikmesi, düşük konsantrasyonda su molekülüne sahip çözünen açısından zengin mukus oluşturur. Sonuç olarak, ozmoz yoluyla su, hücrelerden ve hücre dışı matristen mukusa geçer ve onu “inceltir”. Normal bir solunum sisteminde mukus bu şekilde solunum sisteminden dışarı atılmak üzere yeterince sulanır.

CFTR kanalı yoksa, Cl iyonları hücre dışına yeterli sayıda taşınamaz, bu da onların pozitif iyon çekmelerini engeller. Salgılanan mukusta iyonların olmaması, normal bir su konsantrasyonu gradyanı olmamasına neden olur. Böylece mukusa su çeken ozmotik basınç yoktur. Ortaya çıkan mukus kalın ve yapışkandır ve siliyer epitel, onu solunum sisteminden etkili bir şekilde çıkaramaz. Akciğerlerdeki geçiş yolları, taşıdığı enkazla birlikte mukusla tıkanır. Bakteriyel enfeksiyonlar, bakteri hücreleri akciğerlerden etkili bir şekilde uzaklaştırılmadığından daha kolay oluşur.

Bölüm İncelemesi

Hücre zarı, hücrenin etrafındaki iç bileşenlerini hücre dışı ortamdan ayıran bir bariyer sağlar. Hidrofobik iç lipid "kuyrukları" ve hidrofilik dış fosfat "başlıkları" olan bir fosfolipid çift tabakasından oluşur. Çeşitli zar proteinleri, hem içine yerleştirilmiş hem de çevresel olarak ona bağlı çift tabaka boyunca dağılmıştır. Hücre zarı seçici olarak geçirgendir ve lipid çift tabakasından sadece sınırlı sayıda malzemenin yayılmasına izin verir. Membranı geçen tüm malzemeler, bunu pasif (enerji gerektirmeyen) veya aktif (enerji gerektiren) taşıma süreçleri kullanarak yapar. Pasif taşıma sırasında, malzemeler, konsantrasyon gradyanlarından aşağı, basit difüzyonla veya membrandan kolaylaştırılmış difüzyonla hareket eder. Su, osmoz adı verilen bir difüzyon işleminde zardan geçer. Aktif taşıma sırasında, konsantrasyon gradyanına karşı bir yönde membran boyunca malzeme hareketine yardımcı olmak için enerji harcanır. Aktif taşıma, protein pompalarının yardımıyla veya veziküllerin kullanılmasıyla gerçekleşebilir.

Etkileşimli Bağlantı Soruları

Difüzyonu ve çözeltideki moleküllerin kinetik enerjisi tarafından nasıl hareket ettirildiğini görmek için bu bağlantıyı ziyaret edin. Sıcaklık difüzyon hızını nasıl etkiler ve neden?

Daha yüksek sıcaklıklar difüzyonu hızlandırır çünkü moleküller daha yüksek sıcaklıklarda daha fazla kinetik enerjiye sahiptir.

Soruları İncele

Zar içine gömülü oldukları için iyon kanalları ________ örnekleridir.

  1. reseptör proteinleri
  2. integral proteinler
  3. periferik proteinler
  4. glikoproteinler

Bir çözelti içindeki maddelerin difüzyonu, bu maddeleri ________ gradyanlarını ________ hareket ettirme eğilimindedir.

İyon pompaları ve fagositoz, ________ örnekleridir.

  1. endositoz
  2. pasif ulaşım
  3. aktif taşımacılık
  4. Kolaylaştırılmış difüzyon

Aşağıdaki benzetmeyi en iyi tamamlayan cevabı seçin: Endositoz ________ için difüzyon ________.

  1. süzme fagositoz
  2. ozmoz pinositoz
  3. sıvıyı çözer
  4. gradyan kimyasal enerji

Eleştirel Düşünme Soruları

Hangi maddeler lipit çift tabakasından kolayca geçebilir ve neden?

Sadece nispeten küçük ve polar olmayan malzemeler lipit çift tabakasından kolayca difüze olabilir. Büyük parçacıklar, birlikte paketlenmiş bireysel fosfolipidler arasına sığamaz ve polar moleküller, çift tabakanın içini kaplayan hidrofobik/polar olmayan lipidler tarafından itilir.

Reseptör aracılı endositozun neden fagositoz veya pinositozdan daha seçici olduğu söyleniyor?

Reseptör aracılı endositoz daha seçicidir çünkü hücreye getirilen maddeler endositoz yapılan reseptörlere bağlanabilen spesifik ligandlardır. Fagositoz veya pinositoz ise, böyle bir reseptör-ligand özgüllüğüne sahip değildir ve zarflandığında zara yakın olan her türlü materyali getirir.

Ozmoz, difüzyon, süzme ve iyonların benzer yükten uzaklaşmasının ortak noktası nedir? Hangi yönden farklılık gösterirler?

Bu dört fenomen, maddelerin belirli bir gradyan tipindeki hareketini tanımlamaları bakımından benzerdir. Osmoz ve difüzyon, sırasıyla su ve diğer maddelerin konsantrasyon gradyanlarında aşağı doğru hareketini içerir. Filtrasyon, parçacıkların bir basınç gradyanında aşağı doğru hareketini tanımlar ve iyonların benzer yükten uzaklaşma hareketi, onların elektrik gradyanlarındaki hareketlerini tanımlar.

Sözlük


Biyoloji 171

Bu bölümün sonunda aşağıdakileri yapabileceksiniz:

  • Elektronların elektron taşıma zinciri boyunca nasıl hareket ettiğini tanımlayın ve bu süreç sırasında enerji seviyelerine ne olduğunu açıklayın.
  • Elektron taşıma zinciri tarafından bir proton (H + ) gradyanının nasıl kurulduğunu ve korunduğunu açıklayın

Az önce glikoz katabolizmasında ATP üreten yaklaşık iki yol (glikoliz ve sitrik asit döngüsü) okudunuz. Bununla birlikte, glikozun aerobik katabolizması sırasında üretilen ATP'nin çoğu, doğrudan bu yollardan üretilmez. Bunun yerine, elektronları redoks reaksiyonlarına giren bir dizi elektron taşıyıcısı boyunca hareket ettirerek başlayan bir süreçten türetilir. Bu süreç, hidrojen iyonlarının matris alanı içinde birikmesine neden olur. Bu nedenle, hidrojen iyonlarının ATP sentazından geçerek matris boşluğundan yayıldığı bir konsantrasyon gradyanı oluşur. Hidrojen iyonlarının akımı, ADP'yi fosforile eden ve ATP üreten ATP sentazın katalitik etkisine güç sağlar.

Elektron taşıma zinciri

Elektron taşıma zinciri ((Şekil)) aerobik solunumun son bileşenidir ve glikoz metabolizmasının atmosferik oksijen kullanan tek parçasıdır. Oksijen sürekli olarak bitki dokularına (tipik olarak stoma yoluyla) ve ayrıca mantarlara ve bakterilere yayılır, ancak hayvanlarda oksijen vücuda çeşitli solunum sistemleri yoluyla girer. Elektron taşınması, elektronların bir bileşenden diğerine hızla geçirildiği, elektronların moleküler oksijeni azalttığı ve ilişkili protonlarla birlikte su ürettiği zincirin uç noktasına geçtiği bir röle yarışına veya kova tugayına benzeyen bir dizi redoks reaksiyonudur. . (Şekil)'de I'den IV'e kadar etiketlenmiş proteinlerden oluşan dört kompleks vardır ve bu dört kompleksin, ilişkili mobil, yardımcı elektron taşıyıcılarla birlikte toplanmasına elektron taşıma zinciri adı verilir. Elektron taşıma zinciri, ökaryotların iç mitokondriyal zarında ve prokaryotların plazma zarı içinde çoklu kopyalarla bulunur.


Kompleks I

İlk olarak, iki elektron NADH yoluyla birinci komplekse taşınır. Bu kompleks, etiketli ben, flavin mononükleotit (FMN) ve demir-kükürt (Fe-S) içeren bir proteinden oluşur. B vitamininden elde edilen FMN2 (ayrıca riboflavin olarak da adlandırılır), elektron taşıma zincirindeki birkaç prostetik grup veya kofaktörden biridir. Prostetik grup, bir proteinin aktivitesi için gerekli olan protein olmayan bir moleküldür. Protez grupları, işlevini kolaylaştıran bir proteine ​​bağlı organik veya inorganik, peptit olmayan moleküllerdir. Protez grupları, enzimlerin prostetik grupları olan koenzimleri içerir. Kompleks I'deki enzim NADH dehidrogenazdır ve 45 amino asit zinciri içeren çok büyük bir proteindir. Kompleks I, zar boyunca matristen zarlar arası boşluğa dört hidrojen iyonu pompalayabilir ve bu şekilde hidrojen iyonu gradyanı, iç mitokondriyal zar tarafından ayrılan iki bölme arasında kurulur ve korunur.

Q ve Kompleks II

Kompleks II, doğrudan FADH alır2-kompleks I'den geçmez. Birinci ve ikinci kompleksi üçüncüye bağlayan bileşik ubikinon B'dir. Q molekülü yağda çözünür ve zarın hidrofobik çekirdeği boyunca serbestçe hareket eder. Bir kez azaltıldığında (QH2), ubikinon elektronlarını elektron taşıma zincirindeki bir sonraki komplekse iletir. Q, kompleks I'den NADH'den türetilen elektronları ve FADH'den türetilen elektronları alır.2 II. kompleksten Bu enzim ve FADH2 ilk kompleksi atlayarak elektronları doğrudan elektron taşıma zincirine ileten küçük bir kompleks oluşturur. Bu elektronlar, birinci komplekste proton pompasını baypas ettiğinden ve dolayısıyla proton pompasına enerji vermediğinden, FADH'den daha az ATP molekülü yapılır.2 elektronlar. Nihai olarak elde edilen ATP moleküllerinin sayısı, iç mitokondriyal zar boyunca pompalanan protonların sayısı ile doğru orantılıdır.

Kompleks III

Üçüncü kompleks sitokrom b-başka bir Fe-S proteini, bir Rieske merkezi (2Fe-2S merkezi) ve sitokrom c proteinlerinden oluşur. Bu kompleks aynı zamanda sitokrom oksidoredüktaz olarak da adlandırılır. Sitokrom proteinleri, prostetik bir hem grubuna sahiptir. Hem molekülü hemoglobindeki heme benzer, ancak oksijen değil elektron taşır. Sonuç olarak, çekirdeğindeki demir iyonu elektronları geçerken indirgenir ve oksitlenir, farklı oksidasyon durumları arasında dalgalanır: Fe ++ (indirgenmiş) ve Fe +++ (oksitlenmiş). Sitokromlardaki hem molekülleri, kendilerine bağlanan farklı proteinlerin etkilerinden dolayı biraz farklı özelliklere sahiptir ve her komplekse biraz farklı özellikler verir. Kompleks III, protonları zardan pompalar ve elektronlarını dördüncü protein ve enzim kompleksine taşınmak üzere sitokrom c'ye geçirir. (Sitokrom c, Q'dan elektron alır, Q ise elektron çiftleri taşırken, sitokrom c bir seferde yalnızca birini kabul edebilir.)

Karmaşık IV

Dördüncü kompleks sitokrom proteinleri c, a ve a'dan oluşur.3. Bu kompleks iki hem grubu içerir (iki sitokromun her birinde bir tane, a ve a3) ve üç bakır iyonu (bir çift CuA ve bir CuB sitokrom a'da3). Sitokromlar, oksijen iki elektron kazanarak tamamen azalana kadar demir ve bakır iyonları arasında bir oksijen molekülünü çok sıkı tutar. İndirgenmiş oksijen daha sonra su yapmak için çevreleyen ortamdan iki hidrojen iyonu alır (H2Ö). Hidrojen iyonlarının sistemden uzaklaştırılması, kemiozmoz sürecinin temelini oluşturan iyon gradyanına katkıda bulunur.

Kemiozmoz

Kemiozmozda, az önce açıklanan redoks reaksiyonları dizisinden elde edilen serbest enerji, mitokondriyal zar boyunca hidrojen iyonlarını (protonları) pompalamak için kullanılır. H + iyonlarının membran boyunca eşit olmayan dağılımı, hidrojen iyonlarının pozitif yükü ve zarın bir tarafında toplanmaları nedeniyle hem konsantrasyon hem de elektriksel gradyanlar (dolayısıyla bir elektrokimyasal gradyan) oluşturur.

Zar, hidrojen iyonları tarafından sürekli olarak basit difüzyona açık olsaydı, iyonlar, elektrokimyasal gradyanlarını üreten konsantrasyonlar tarafından yönlendirilerek, matrise geri yayılma eğiliminde olurdu. Birçok iyonun iyon kanallarının yardımı olmadan fosfolipid zarların polar olmayan bölgelerinden geçemeyeceğini hatırlayın. Benzer şekilde, matris uzayındaki hidrojen iyonları, yalnızca ATP sentaz adı verilen bir integral zar proteini tarafından iç mitokondriyal zardan geçebilir ((Şekil)). Bu kompleks protein, içinden yayılan hidrojen iyonlarının kuvveti tarafından elektrokimyasal gradyanlarını aşağı çeviren küçük bir jeneratör görevi görür. Bu moleküler makinenin parçalarının döndürülmesi, ADP'ye bir fosfat eklenmesini kolaylaştırarak ATP'yi oluşturur. hidrojen iyonu gradyanının potansiyel enerjisini kullanarak.


Dinitrofenol (DNP), iç mitokondriyal membranı protonlara “sızdıran” yapan bir “bağlayıcı”dır. 1938 yılına kadar zayıflama ilacı olarak kullanılmıştır. DNP'nin iç mitokondriyal zar boyunca pH'daki değişiklik üzerinde ne gibi bir etkisi olmasını beklersiniz? Bunun neden etkili bir kilo verme ilacı olabileceğini düşünüyorsunuz?

Kemiozmoz ((Şekil)), aerobik glikoz katabolizması sırasında yapılan ATP'nin yüzde 90'ını oluşturmak için kullanılır, aynı zamanda fotofosforilasyon sürecinde güneş ışığının enerjisini kullanmak için fotosentezin ışık reaksiyonlarında kullanılan yöntemdir. Mitokondride kemiozmoz sürecini kullanarak ATP üretimine oksidatif fosforilasyon dendiğini hatırlayın. Bu reaksiyonların genel sonucu, hidrojen atomlarından ayrılan elektronların enerjisinden ATP üretimidir. Bu atomlar başlangıçta bir glikoz molekülünün parçasıydı. Yolun sonunda, elektronlar bir oksijen molekülünü oksijen iyonlarına indirgemek için kullanılır. Oksijen üzerindeki ekstra elektronlar, çevreleyen ortamdan hidrojen iyonlarını (protonları) çeker ve su oluşur. Böylece oksijen, elektron taşıma zincirindeki son elektron alıcısıdır.


Siyanür, elektron taşıma zincirinin bir bileşeni olan sitokrom c oksidazı inhibe eder. Siyanür zehirlenmesi meydana gelirse, zarlar arası boşluğun pH'ının artmasını mı yoksa azalmasını mı beklersiniz? Siyanürün ATP sentezi üzerinde nasıl bir etkisi olur?

ATP Verimi

Glikoz katabolizmasından üretilen ATP moleküllerinin sayısı değişir. Örneğin, elektron taşıma zinciri komplekslerinin zardan pompalayabildiği hidrojen iyonlarının sayısı türler arasında değişir. Bir başka varyans kaynağı, mitokondri zarları boyunca elektron mekiğinden kaynaklanmaktadır. (Glikolizden üretilen NADH, mitokondriye kolayca giremez.) Böylece elektronlar, mitokondrinin içinde NAD+ veya FAD+ tarafından alınır. As you have learned earlier, these FAD + molecules can transport fewer ions consequently, fewer ATP molecules are generated when FAD + acts as a carrier. NAD + is used as the electron transporter in the liver and FAD + acts in the brain.

Another factor that affects the yield of ATP molecules generated from glucose is the fact that intermediate compounds in these pathways are also used for other purposes. Glikoz katabolizması, hücrelerdeki diğer tüm biyokimyasal bileşikleri oluşturan veya parçalayan yolaklarla bağlantılıdır ve sonuç, şimdiye kadar açıklanan ideal durumlardan biraz daha karmaşıktır. Örneğin, glikoz dışındaki şekerler, enerji ekstraksiyonu için glikolitik yola beslenir. In addition, the five-carbon sugars that form nucleic acids are made from intermediates in glycolysis. Certain nonessential amino acids can be made from intermediates of both glycolysis and the citric acid cycle. Lipids, such as cholesterol and triglycerides, are also made from intermediates in these pathways, and both amino acids and triglycerides are broken down for energy through these pathways. Overall, in living systems, these pathways of glucose catabolism extract about 34 percent of the energy contained in glucose, with the remainder being released as heat.

Bölüm Özeti

The electron transport chain is the portion of aerobic respiration that uses free oxygen as the final electron acceptor of the electrons removed from the intermediate compounds in glucose catabolism. The electron transport chain is composed of four large, multiprotein complexes embedded in the inner mitochondrial membrane and two small diffusible electron carriers shuttling electrons between them. The electrons are passed through a series of redox reactions, with a small amount of free energy used at three points to transport hydrogen ions across a membrane. This process contributes to the gradient used in chemiosmosis. The electrons passing through the electron transport chain gradually lose energy. High-energy electrons donated to the chain by either NADH or FADH2 complete the chain, as low-energy electrons reduce oxygen molecules and form water. The level of free energy of the electrons drops from about 60 kcal/mol in NADH or 45 kcal/mol in FADH2 to about 0 kcal/mol in water. The end products of the electron transport chain are water and ATP. A number of intermediate compounds of the citric acid cycle can be diverted into the anabolism of other biochemical molecules, such as nonessential amino acids, sugars, and lipids. These same molecules can serve as energy sources for the glucose pathways.

Sanat Bağlantıları

(Figure) Dinitrophenol (DNP) is an “uncoupler” that makes the inner mitochondrial membrane “leaky” to protons. It was used until 1938 as a weight-loss drug. What effect would you expect DNP to have on the change in pH across the inner mitochondrial membrane? Bunun neden etkili bir kilo verme ilacı olabileceğini düşünüyorsunuz?

(Figure) After DNP poisoning, the electron transport chain can no longer form a proton gradient, and ATP synthase can no longer make ATP. DNP is an effective diet drug because it uncouples ATP synthesis in other words, after taking it, a person obtains less energy out of the food he or she eats. Interestingly, one of the worst side effects of this drug is hyperthermia, or overheating of the body. Since ATP cannot be formed, the energy from electron transport is lost as heat.

(Figure) Cyanide inhibits cytochrome c oxidase, a component of the electron transport chain. If cyanide poisoning occurs, would you expect the pH of the intermembrane space to increase or decrease? What effect would cyanide have on ATP synthesis?

(Figure) After cyanide poisoning, the electron transport chain can no longer pump electrons into the intermembrane space. The pH of the intermembrane space would increase, the pH gradient would decrease, and ATP synthesis would stop.

Ücretsiz yanıt

How do the roles of ubiquinone and cytochrome c differ from the roles of the other components of the electron transport chain?

Q ve sitokrom c taşıma molekülleridir. Pompa olmadıkları için işlevleri doğrudan ATP sentezi ile sonuçlanmaz. Ayrıca Q, elektron taşıma zincirinin protein olmayan tek bileşenidir. Ubiquinone and cytochrome c are small, mobile electron carriers, whereas the other components of the electron transport chain are large complexes anchored in the inner mitochondrial membrane.

Hücresel solunum yoluyla oluşan farklı sayıda ATP molekülünün nedeni nedir?

Kas dışındaki çok az doku, besinlerden mümkün olan maksimum miktarda ATP üretir. Ara ürünler, gerekli amino asitleri, yağ asitlerini, kolesterolü ve nükleik asitler için şekerleri üretmek için kullanılır. NADH sitoplazmadan mitokondriye taşındığında, yapılabilecek ATP miktarını azaltan aktif bir taşıma mekanizması kullanılır. Elektron taşıma zinciri türler arasında bileşim bakımından farklılık gösterir, bu nedenle farklı organizmalar elektron taşıma zincirlerini kullanarak farklı miktarlarda ATP yapacaktır.

Sözlük


Closing remarks

Biological membranes allow life to exist. From simple unicellular prokaryotes to complex multicellular eukaryotes such as humans, the properties of the membranes that surround cells are remarkably similar. Our understanding of the structure of these lipid bilayers is now expanding rapidly as a result of significant advances in biophysical techniques and the huge computational power now available to researchers. The proteins that inhabit these membranes allow messages to be sent and received so that the cell can communicate with the external environment. Many messages are relayed by hydrophilic molecules that require receptors to transmit information across the bilayer. It is this step that is targeted by the majority of drugs which are on the market today, as it enables us to modify the message before it enters the cell. An understanding of how membrane proteins work, how they reach the correct destinations and how we can alter their functions is key to the fight against human disease.


Defining Active and Passive Transport

Active and passive transport processes are two ways molecules and other materials move in and out of cells and across intracellular membranes. Active transport is the movement of molecules or ions against a concentration gradient (from an area of lower to higher concentration), which does not ordinarily occur, so enzymes and energy are required.

Passive transport is the movement of molecules or ions from an area of higher to lower concentration. There are multiple forms of passive transport: simple diffusion, facilitated diffusion, filtration, and osmosis. Passive transport occurs because of the entropy of the system, so additional energy isn't required for it to occur.


How do you calculate concentration of ions in a solution?

The concentration of ions in solution depends on the mole ratio between the dissolved substance and the cations and anions it forms in solution.

So, if you have a compound that dissociates into cations and anions, the minimum concentration of each of those two products will be equal to the concentration of the original compound. Here's how that works:

Sodium chloride dissociates into #Na^(+)# cations and #Cl^(-)# anions when dissolved in water. Notice that 1 mole of #NaCl# will produce 1 mole of #Na^(+)# and 1 mole of #Cl^(-)# .

This means that if you have a #NaCl# solution with a concentration of #"1.0 M"# , the concentration of the #Na^(+)# ion will be #"1.0 M"# and the concentration of the #Cl^(-)# ion will be #"1.0 M"# as well.

Let's take another example. Assume you have a #"1.0 M"# #Na_2SO_4# solution

Notice that the mole ratio between #Na_2SO_4# and #Na^(+)# is #1:2# , which means that 1 mole of the former will produce 2 moles of the latter in solution.

This means that the concentration of the #Na^(+)# ions will be

#"1.0 M" * ("2 moles Na"^(+))/("1 mole Na"_2"SO"_4) = "2.0 M"#

Think of it like this: the volume of the solution remains constant, but the number of moles doubles automatically, this implies that the concentration will be two times bigger for that respective ion.

Here's how that would look mathematically:

#C_("compound") = n_("Compound")/V => V = n_("compound")/C_("compound")#

#C_("ion") = n_("ion")/V = n_("ion") * 1/V = n_("ion") * C_("compound")/n_("compound")#

#C_("ion") = C_("compound") * n_("ion")/n_("compound")#

As you can see, the mole ratio between the original coumpound and an ion it forms will determine the concetration of the respective ion in solution.

Here's a link to another answer on this topic:

http://socratic.org/questions/how-do-you-calculate-the-number-of-ions-in-a-solution?source=search


İşlem

There are two types of active transport: primary and secondary. In primary active transport, specialized trans-membrane proteins recognize the presence of a substance that needs to be transported and serve as pumps, powered by the chemical energy ATP, to carry the desired biochemicals across. In secondary active transport, pore-forming proteins form channels in the cell membrane and force the biochemicals across using an electromagnetic gradient. Often, this energy is gained by simultaneously moving another substance down the concentration gradient.

There are four main types of passive transport: osmosis, diffusion, facilitated diffusion and filtration. Diffusion is the simple movement of particles through a permeable membrane down a concentration gradient (from a more concentrated solution to a less concentrated solution) until the two solutions are of equal concentration. Facilitated diffusion uses special transport proteins to achieve the same effect. Filtration is the movement of water and solute molecules down the concentration gradient, e.g. in the kidneys, and osmosis is the diffusion of water molecules across a selectively permeable membrane. None of these processes require energy.

Video explaining the differences

Here's a good video explaining the process of active and passive transport:


Videoyu izle: Membran Potansiyeli, Denge Potansiyeli ve Dinlenme Potansiyeli, Animasyon (Haziran 2022).


Yorumlar:

  1. Izmirlian

    Bence yanlış. Eminim. Bana PM'de yaz.

  2. Sunukkuhkau

    Bence yanılıyorsun. Bunu inceleyeceğiz.

  3. Erin

    Kesinlikle haklısın. İçinde bir şeyler de benim için mükemmel bir fikir gibi görünüyor. Size katılıyorum.



Bir mesaj yaz