PENGANGKUTAN SEL: JENIS DAN CIRI-CIRINYA - BIOLOGI - 2026

The sel pengangkutan melibatkan lalu lintas dan pergerakan molekul antara bahagian dalam dan di luar sel. Pertukaran molekul antara kompartemen ini adalah fenomena penting untuk fungsi organisma yang betul, dan memediasi serangkaian peristiwa, seperti potensi membran, untuk menamakan beberapa.

Membran biologi bukan sahaja bertanggung jawab untuk membatasi sel, tetapi juga memainkan peranan yang sangat diperlukan dalam perdagangan bahan. Mereka mempunyai rangkaian protein yang melintasi struktur dan, secara selektif, membenarkan atau tidak masuknya molekul tertentu.

Sumber: LadyofHats, melalui Wikimedia Commons

Pengangkutan selular dikelaskan kepada dua jenis utama, bergantung pada sama ada sistem menggunakan tenaga secara langsung atau tidak.

Pengangkutan pasif tidak memerlukan tenaga, dan molekul dapat menyeberangi membran dengan penyebaran pasif, melalui saluran berair atau melalui molekul yang diangkut. Arah pengangkutan aktif ditentukan secara eksklusif oleh kecerunan kepekatan antara kedua-dua sisi membran.

Sebaliknya, jenis pengangkutan kedua memerlukan tenaga dan dipanggil pengangkutan aktif. Berkat tenaga yang disuntikkan ke dalam sistem, pam dapat menggerakkan molekul terhadap kecerunan kepekatannya. Contoh yang paling terkenal dalam literatur ialah pam natrium-kalium.

Asas teori

-Bran membran

Untuk memahami bagaimana lalu lintas zat dan molekul berlaku antara sel dan petak yang berdekatan, adalah perlu untuk menganalisis struktur dan komposisi membran biologi.

-Lipid di membran

Oleh Jpablo cad, dari Wikimedia Commons

Sel dikelilingi oleh selaput nipis dan kompleks yang bersifat lipid. Komponen asasnya adalah fosfolipid.

Ini terdiri dari kepala kutub dan ekor apolar. Selaput terdiri daripada dua lapisan fosfolipid - "lipid bilayers" - di mana ekor dikelompokkan di dalam dan kepala menghadap wajah ekstra dan intraselular.

Molekul yang mempunyai zon polar dan apolar disebut amphipathic. Sifat ini sangat penting untuk organisasi spasial komponen lipid dalam membran.

Struktur ini dikongsi oleh membran yang mengelilingi petak subselular. Ingat bahawa mitokondria, kloroplas, vesikel dan organel lain juga dikelilingi oleh membran.

Selain fosfogliserida atau fosfolipid, membran kaya dengan sphingolipid, yang memiliki kerangka yang terdiri dari molekul yang disebut sphingosine dan sterol. Dalam kumpulan terakhir ini, kita dapati kolesterol, lipid yang memodulasi sifat membran, seperti kelancarannya.

-Protein di membran

Rajah 1. Diagram model mozek cecair. Sumber: Oleh LadyofHats Mariana Ruiz, terjemahan Pilar Saenz, melalui Wikimedia Commons

Membran adalah struktur dinamik, mengandungi banyak protein di dalamnya. Protein membran bertindak sebagai sejenis "penjaga pintu" atau "pengawal" molekul, yang menentukan dengan selektiviti siapa yang masuk dan yang meninggalkan sel.

Atas sebab ini, membran dikatakan separa telap, kerana sebilangan sebatian berjaya masuk dan yang lain tidak.

Tidak semua protein yang ada di dalam membran berperanan memediasi lalu lintas. Yang lain bertanggungjawab untuk menangkap isyarat luaran yang menghasilkan tindak balas selular terhadap rangsangan luaran.

-Pilih selaput

Bahagian dalam lipid membran sangat hidrofobik, yang menjadikan selaput itu sangat tidak tertembus ke arah aliran molekul yang bersifat polar atau hidrofilik (istilah ini bermaksud "jatuh cinta dengan air").

Ini menunjukkan kesukaran tambahan untuk laluan molekul polar. Walau bagaimanapun, transit molekul larut air diperlukan, sehingga sel mempunyai rangkaian mekanisme pengangkutan yang memungkinkan pergerakan bahan-bahan ini secara efisien antara sel dan persekitaran luarannya.

Begitu juga, molekul besar, seperti protein, mesti diangkut dan memerlukan sistem khusus.

-Penyakit dan osmosis

Pergerakan zarah melalui membran sel berlaku mengikut prinsip fizikal berikut.

Prinsip-prinsip ini adalah penyebaran dan osmosis dan ia berlaku untuk pergerakan zat terlarut dan pelarut dalam larutan melalui membran semipermeabel - seperti membran biologi yang terdapat dalam sel hidup.

Difusi adalah proses yang melibatkan pergerakan haba rawak zarah terampai dari kawasan berkepekatan tinggi ke kawasan berkepekatan rendah. Terdapat ungkapan matematik yang ingin menerangkan prosesnya dan disebut persamaan difusi Fick, tetapi kita tidak akan menyelidiki.

Dengan konsep ini, kita dapat menentukan istilah kebolehtelapan, yang merujuk kepada kadar di mana suatu zat berjaya menembusi membran secara pasif dalam serangkaian keadaan tertentu.

Sebaliknya, air juga bergerak sepanjang kecerunan kepekatannya dalam fenomena yang disebut osmosis. Walaupun kelihatan tidak tepat merujuk kepada kepekatan air, kita harus memahami bahawa cecair penting berperilaku seperti bahan lain, dari segi penyebarannya.

-Tonik

Dengan mengambil kira fenomena fizikal yang dijelaskan, kepekatan yang wujud di dalam sel dan di luar akan menentukan arah pengangkutan.

Oleh itu, tonisiti larutan adalah tindak balas sel yang direndam dalam larutan. Terdapat beberapa istilah yang digunakan untuk senario ini:

Isotonik

Sel, tisu, atau larutan adalah isotonik berbanding dengan yang lain jika kepekatannya sama dalam kedua-dua elemen tersebut. Dalam konteks fisiologi, sel yang direndam dalam persekitaran isotonik tidak akan mengalami perubahan.

Hipotonik

Penyelesaiannya adalah hipotonik berkenaan dengan sel jika kepekatan zat terlarut lebih rendah di luar - iaitu sel mempunyai lebih banyak zat terlarut. Dalam kes ini, kecenderungan air memasuki sel.

Sekiranya kita memasukkan sel darah merah ke dalam air suling (yang bebas zat terlarut), air akan masuk hingga pecah. Fenomena ini disebut hemolisis.

Hipertonik

Penyelesaian adalah hipertonik berkenaan dengan sel jika kepekatan zat terlarut lebih tinggi di luar - iaitu sel mempunyai lebih sedikit zat terlarut.

Dalam kes ini, kecenderungan air adalah meninggalkan sel. Sekiranya kita memasukkan sel darah merah ke dalam larutan yang lebih pekat, air di dalam sel darah cenderung bocor dan sel akan kelihatan berkerut.

Ketiga-tiga konsep ini mempunyai kaitan biologi. Sebagai contoh, telur organisma laut mesti bersifat isotonik berkenaan dengan air laut agar tidak pecah dan tidak kehilangan air.

Begitu juga, parasit yang hidup di dalam darah mamalia mesti mempunyai kepekatan zat terlarut yang serupa dengan persekitaran di mana ia berkembang.

-Pengaruh elektrik

Apabila kita bercakap mengenai ion, yang merupakan zarah bermuatan, pergerakan melalui membran tidak didorong secara eksklusif oleh kecerunan kepekatan. Dalam sistem ini, cas pelarut mesti diambil kira.

Ion cenderung menjauh dari daerah di mana kepekatannya tinggi (seperti yang dijelaskan dalam bahagian osmosis dan penyebaran), dan juga jika ion negatif, ia akan bergerak ke arah daerah di mana ada potensi negatif yang semakin meningkat. Ingat bahawa caj berbeza menarik, dan seperti caj ditolak.

Untuk meramal tingkah laku ion, kita mesti menambahkan daya gabungan dari gradient kepekatan dan kecerunan elektrik. Parameter baru ini dipanggil kecerunan elektrokimia bersih.

Jenis pengangkutan selular dikelaskan bergantung pada penggunaan - atau tidak - tenaga oleh sistem dalam pergerakan pasif dan aktif. Kami akan menerangkan setiap satu secara terperinci di bawah:

Pengangkutan transmembran pasif

Pergerakan pasif melalui membran melibatkan aliran molekul tanpa memerlukan tenaga secara langsung. Oleh kerana sistem ini tidak melibatkan tenaga, ia bergantung secara eksklusif pada kecerunan kepekatan (termasuk yang elektrik) yang terdapat di membran plasma.

Walaupun tenaga yang bertanggungjawab untuk pergerakan zarah disimpan dalam kecerunan seperti itu, adalah wajar dan senang untuk terus menganggap proses tersebut sebagai pasif.

Terdapat tiga kaedah asas di mana molekul boleh berpindah dari satu sisi ke sisi lain secara pasif:

Penyebaran sederhana

Kaedah termudah dan paling intuitif untuk mengangkut zat terlarut adalah melintasi membran mengikuti kecerunan yang disebutkan di atas.

Molekul meresap melalui membran plasma, meninggalkan fasa akueus, larut di bahagian lipid, dan akhirnya memasuki bahagian berair di dalam sel. Perkara yang sama boleh berlaku pada arah yang berlawanan, dari bahagian dalam sel ke luar.

Laluan yang cekap melalui membran akan ditentukan oleh tahap tenaga haba yang dimiliki oleh sistem. Sekiranya cukup tinggi, molekul akan dapat menyeberangi membran.

Dilihat dengan lebih terperinci, molekul mesti memecahkan semua ikatan hidrogen yang terbentuk dalam fasa berair agar dapat bergerak ke fasa lipid. Acara ini memerlukan 5 kcal tenaga kinetik untuk setiap pautan yang ada.

Faktor seterusnya yang perlu diambil kira adalah kelarutan molekul di zon lipid. Mobiliti dipengaruhi oleh pelbagai faktor, seperti berat molekul dan bentuk molekul.

Kinetik petikan dengan penyebaran sederhana menunjukkan kinetik tak tepu. Ini bermaksud bahawa kemasukan meningkat sebanding dengan kepekatan zat terlarut yang akan diangkut di kawasan ekstraselular.

Saluran berair

Alternatif kedua untuk laluan molekul melalui laluan pasif adalah melalui saluran berair yang terletak di membran. Saluran ini adalah sejenis liang yang memungkinkan masuknya molekul, mengelakkan hubungan dengan kawasan hidrofobik.

Molekul bermuatan tertentu berjaya memasuki sel dengan mengikuti kecerunan kepekatannya. Berkat sistem saluran berisi air ini, selaput sangat tahan terhadap ion. Di antara molekul ini, natrium, kalium, kalsium dan klorin menonjol.

Molekul pembawa

Alternatif terakhir adalah gabungan zat terlarut dengan molekul pembawa yang menutupi sifat hidrofiliknya, sehingga melewati bahagian membran yang kaya dengan lipid.

Pengangkut meningkatkan kelarutan molekul molekul yang perlu diangkut dan menyokong laluannya memihak kepada kecerunan kepekatan atau kecerunan elektrokimia.

Protein pembawa ini berfungsi dengan cara yang berbeza. Dalam kes yang paling mudah, zat terlarut dipindahkan dari satu sisi membran ke sisi lain. Jenis ini dipanggil uniport. Sebaliknya, jika zat terlarut yang lain diangkut secara serentak, atau digabungkan, pengangkut disebut bergandingan.

Sekiranya transporter yang digabungkan menggerakkan dua molekul ke arah yang sama, ia adalah symport dan jika ia melakukannya dalam arah yang bertentangan, transporter adalah anti-sokongan.

Osmosis

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiKerivatif: Ortisa, melalui Wikimedia Commons

Ini adalah jenis pengangkutan selular di mana pelarut melepasi selektif melalui membran semipermeabel.

Air, misalnya, cenderung mengalir ke sisi sel di mana kepekatannya lebih rendah. Pergerakan air di jalan ini menghasilkan tekanan yang disebut tekanan osmotik.

Tekanan ini diperlukan untuk mengatur kepekatan zat dalam sel, yang kemudian mempengaruhi bentuk sel.

Ultrafiltrasi

Dalam kes ini, pergerakan beberapa zat terlarut dihasilkan oleh kesan tekanan hidrostatik, dari kawasan tekanan terbesar hingga tekanan kurang. Di dalam tubuh manusia, proses ini berlaku di buah pinggang berkat tekanan darah yang dihasilkan oleh jantung.

Dengan cara ini, air, urea, dan lain-lain, mengalir dari sel ke dalam air kencing; dan hormon, vitamin, dan lain-lain, kekal dalam darah. Mekanisme ini juga dikenali sebagai dialisis.

Penyebaran yang difasilitasi

Penyebaran yang difasilitasi

Terdapat zat dengan molekul yang sangat besar (seperti glukosa dan monosakarida lain), yang memerlukan protein pembawa untuk meresap. Penyebaran ini lebih cepat daripada penyebaran sederhana dan bergantung kepada:

• Kecerunan kepekatan bahan.
• Jumlah protein pembawa yang terdapat di dalam sel.
• Kelajuan protein yang ada.

Salah satu protein pengangkut ini adalah insulin, yang memfasilitasi penyebaran glukosa, mengurangkan kepekatannya dalam darah.

Pengangkutan transmembran aktif

Sejauh ini kita telah membincangkan perjalanan molekul yang berbeza melalui saluran tanpa kos tenaga. Dalam peristiwa ini, satu-satunya kos adalah untuk menghasilkan tenaga berpotensi dalam bentuk kepekatan berbeza pada kedua-dua sisi membran.

Dengan cara ini, arah pengangkutan ditentukan oleh kecerunan yang ada. Zat terlarut mula diangkut berdasarkan prinsip penyebaran yang disebutkan di atas, sehingga mereka mencapai titik di mana penyebaran bersih berakhir - pada titik ini keseimbangan telah dicapai. Dalam kes ion, pergerakan juga dipengaruhi oleh cas.

Walau bagaimanapun, satu-satunya kes di mana pengedaran ion di kedua-dua sisi membran berada dalam keseimbangan yang benar adalah ketika sel mati. Semua sel hidup melaburkan sejumlah besar tenaga kimia untuk memastikan kepekatan zat terlarut tidak seimbang.

Tenaga yang digunakan untuk memastikan proses ini tetap aktif adalah molekul ATP. Adenosine trifosfat, disingkat ATP, adalah molekul tenaga asas dalam proses selular.

Ciri pengangkutan aktif

Pengangkutan aktif dapat bertindak terhadap kecerunan kepekatan, tidak kira seberapa curam - sifat ini akan menjadi jelas dengan penjelasan mengenai pam natrium-kalium (lihat di bawah).

Mekanisme pengangkutan aktif dapat menggerakkan lebih dari satu kelas molekul pada satu masa. Untuk pengangkutan aktif, klasifikasi yang sama yang disebut untuk pengangkutan beberapa molekul secara serentak dalam pengangkutan pasif digunakan: symport dan anti-support.

Pengangkutan dengan pam ini dapat dihambat dengan menggunakan molekul yang secara khusus menyekat tempat penting pada protein.

Kinetik pengangkutan adalah jenis Michaelis-Menten. Kedua-dua tingkah laku - dihambat oleh beberapa molekul dan kinetik - adalah ciri khas reaksi enzimatik.

Akhirnya, sistem mesti mempunyai enzim khusus yang dapat menghidrolisis molekul ATP, seperti ATPases. Ini adalah mekanisme di mana sistem memperoleh tenaga yang mencirikannya.

Selektiviti pengangkutan

Pam yang terlibat sangat selektif dalam molekul yang akan diangkut. Sebagai contoh, jika pam adalah pembawa ion natrium, ia tidak akan mengambil ion litium, walaupun kedua-dua ion itu sangat serupa.

Diasumsikan bahawa protein dapat membezakan antara dua ciri diagnostik: kemudahan dehidrasi molekul dan interaksi dengan cas di dalam liang pengangkut.

Ion besar diketahui mudah mengeringkan air, berbanding dengan ion kecil. Oleh itu, liang dengan pusat kutub lemah akan menggunakan ion besar, lebih baik.

Sebaliknya, di saluran dengan pusat yang mempunyai daya tinggi, interaksi dengan ion dehidrasi mendominasi.

Contoh pengangkutan aktif: pam natrium-kalium

Untuk menerangkan mekanisme pengangkutan aktif, lebih baik melakukannya dengan model yang paling baik dikaji: pam natrium-kalium.

Ciri sel yang menarik ialah keupayaan untuk mengekalkan kecerunan ion natrium (Na ⁺ ) dan kalium (K ⁺ ).

Dalam persekitaran fisiologi, kepekatan kalium di dalam sel adalah 10-20 kali lebih tinggi daripada sel luar. Sebaliknya, ion natrium lebih tertumpu di persekitaran ekstraselular.

Dengan prinsip yang mengatur pergerakan ion secara pasif, mustahil untuk mengekalkan kepekatan ini, oleh itu sel memerlukan sistem pengangkutan aktif dan ini adalah pam natrium-kalium.

Pam terdiri dari kompleks protein dari jenis ATPase yang berlabuh pada membran plasma semua sel haiwan. Ini mempunyai laman web pengikat untuk kedua-dua ion dan bertanggungjawab untuk pengangkutan suntikan tenaga.

Bagaimana pam berfungsi?

Dalam sistem ini, terdapat dua faktor yang menentukan pergerakan ion antara petak selular dan ekstraselular. Yang pertama adalah kelajuan di mana pam natrium-kalium bertindak, dan faktor kedua adalah kelajuan di mana ion dapat memasuki sel lagi (dalam kes natrium), disebabkan oleh peristiwa penyebaran pasif.

Dengan cara ini, kelajuan ion memasuki sel menentukan kelajuan di mana pam harus bekerja untuk mengekalkan kepekatan ion yang sesuai.

Pengoperasian pam bergantung kepada serangkaian perubahan konformasi protein yang bertanggungjawab untuk mengangkut ion. Setiap molekul ATP dihidrolisis secara langsung, dalam proses tiga ion natrium meninggalkan sel dan pada masa yang sama dua ion kalium memasuki lingkungan sel.

Pengangkutan besar-besaran

Ini adalah jenis pengangkutan aktif lain yang membantu dalam pergerakan makromolekul, seperti polisakarida dan protein. Ia boleh diberikan oleh:

-Endositosis

Terdapat tiga proses endositosis: fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang diperantarai oleh ligan:

Fagositosis

Fagositosis

Fagositosis jenis pengangkutan di mana zarah pepejal ditutupi oleh vesikel atau fagosom yang terdiri daripada pseudopod yang menyatu. Zarah pepejal yang tinggal di dalam vesikel dicerna oleh enzim dan dengan itu sampai ke bahagian dalam sel.

Ini adalah bagaimana sel darah putih berfungsi di dalam badan; mereka menelan bakteria dan benda asing sebagai mekanisme pertahanan.

Pinositosis

Pemakanan Protozoa. Pinositosis. Gambar oleh: Jacek FH (berasal dari Mariana Ruiz Villarreal). Diambil dan diedit dari https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

Pinositosis berlaku apabila bahan yang akan diangkut adalah titisan atau vesikel cairan ekstraselular, dan membrannya menghasilkan vesikel pinosit di mana kandungan vesikel atau titisan diproses sehingga kembali ke permukaan sel.

Endositosis melalui reseptor

Ini adalah proses yang serupa dengan pinositosis, tetapi dalam hal ini invaginasi membran berlaku apabila molekul tertentu (ligan) mengikat pada reseptor membran.

Beberapa vesikel endosit bergabung dan membentuk struktur yang lebih besar yang disebut endosom, di mana ligan dipisahkan dari reseptor. Reseptor kemudian kembali ke membran dan ligan mengikat liposom di mana ia dicerna oleh enzim.

-Eksositosis

Ini adalah jenis pengangkutan selular di mana bahan tersebut mesti dibawa ke luar sel. Semasa proses ini, membran vesikel sekretori mengikat pada membran sel dan melepaskan kandungan vesikel.

Dengan cara ini, sel menghilangkan bahan yang disintesis atau bahan buangan. Ini juga bagaimana mereka melepaskan hormon, enzim, atau neurotransmitter.

Rujukan

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
2. Donnersberger, AB, & Lesak, AE (2002). Buku makmal anatomi dan fisiologi. Editorial Paidotribo.
3. Larradagoitia, LV (2012). Anatomofisiologi dan patologi asas. Paraninfo Pengarang.
4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi haiwan Eckert. Macmillan.
5. Hidup, À. M. (2005). Asas fisiologi aktiviti fizikal dan sukan. Panamerican Medical Ed.