Facilitált diffúzió és transzporterek

Facilitált diffúzió

• A szállítás a koncentrációs gradiensnek megfelelően történik, de membránfehérjék segítségével
• A szállítás gyorsabb, mint a molekula méretéből, lipidoldékonyságából és koncentráció gradienséből következne
• Példa: Glukóztranszporter (GLUT)
  • Passzív transzportot közvetítő transzporter
  • Megtalálható emlősök májsejtjeinek plazmamembránjában és más sejttípusokban is
  • Legalább 12x halad át a membránon egy polipeptidlánc formájában
  • Legalább két konformációs állapotot tud felvenni, az egyikben a glukóz kötőhelye a sejt külső, a másikban a sejt belseje felé néz
  • A glukóz mindkét irányba átfolyhat, a koncentrációs gradiensnek megfelelően
    • Étkezések után a sejtbe, éhezés során a sejtből

Transzporterek és aktív transzport

• Anyagszállítás a koncentrációs gradiens ellenében
• Fontos a sejt belső ionösszetételének fenntartásában és a sejten kívül alacsony koncentrációban jelen levő anyagok sejtbe juttatásában
• Energiaigényt igényel, azaz pumpa szükséges
  • ATP-ázok (enzimek)
• Az energiafelhasználás módja szerint:
  • Elsődleges aktív transzport: közvetlen energiafelhasználás az ATP bontásából
    • Pl. Na+-K+ ATPáz (Na+K+ pumpa), Ca2+-ATPáz (Ca2+ pumpa), ABC transzporterek
  • Másodlagos aktív transzport: közvetett energiafelhasználás egy másik molekulától származó iongradienssel
    • Pl. makromolekulák transzportja: endocitózis, exocitózis

Ionkoncentrációk a sejtben és a sejten kívül

• Az egyes ionok koncentrációja a sejtben és kívül jelentősen eltér egymástól
• A pozitív és negatív töltésű részecskéknek egyensúlyban kell lenniük mind a sejtben, mind a sejten kívül
• Na+: a leggyakoribb kation a sejten kívül (Cl- egyenlíti ki)
• K+: a leggyakoribb kation a sejten belül (a sejten belüli anionok egyenlítik ki)

A membrán áteresztőképessége

• A sejten belüli és kívüli különböző ioneloszlás a membrán kettős lipidréteg áteresztőképességének és a membrán transzportfehérjéknek köszönhető
• A fehérjementes lipid kettős réteg nem áteresztő a legtöbb vízben oldható molekulára
• A sejtmembrán viszont speciális membránfehérjék segítségével képes átereszteni a kis vízben oldható molekulákat

A sejtmembrán áteresztőképessége (permeabilitása)

• Különböző anyagokra nézve eltérő: féligáteresztő (szemipermeábilis)
• Könnyen átereszt:
  • Kicsi, apoláris hidrofób molekulákat (O2, CO2)
  • Kicsi, töltéssel nem rendelkező poláros molekulákat (víz, alkohol, glicerin)
• Nehezen vagy nem enged át:
  • Ionokat és nagyobb poláros molekulákat (aminosavak, glukóz, nukleotidok)
• Az átjutás mértéke függ
  • Az anyag méretétől, töltésétől, polaritásától

Az anyagok átjutása a sejtmembránon: Mechanizmusok

• Egyszerű diffúzió: egyes kicsi, töltéssel nem rendelkező molekulák a koncentrációs gradiensnek megfelelően jutnak át a membránon
• Transzport: (integráns) membránfehérjék segítségével
  • A membrán transzportfehérjék két csoportba sorolhatók:
    • Transzporterek: reverzibilisen kötik a molekulát
    • Csatornák: nem képeznek kötést a molekulával, hidrofil pórusokat képeznek a membránban, nyitott és zárt konformációra képesek
• A nyitott és zárt konformáció közötti átmenet (nyitást-csukást) külső vagy belső ingerek szabályozzák

Transzportfolyamatok osztályozása energiaigény szerint

• Passzív transzport: energiát nem igényel, a koncentrációs gradiensnek megfelelően zajlik
  • Közvetítők: minden csatorna és sok transzporter
• Aktív transzport: energiát igényel, a koncentrációs gradiens ellenében zajlik
  • Közvetítők: egyes transzporterek (pumpák)

Az anyagok átjutása a sejtmembránon: Összefoglalás

• A sejtmembránon keresztül történő anyagszállítás többféle mechanizmussal történhet: egyszerű diffúzió, facilitált diffúzió és aktív transzport

Egyszerű diffúzió (lipidfázison át zajló diffúzió)

• Kicsi, töltéssel nem rendelkező molekulák az oldódnak a membrán lipidfázisába
• A részecskék egyenletes eloszlásra törekszenek
• Az áramlás mindig a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebbbe irányul
• Nem igényli fehérjemolekulák közreműködését
• Pl. O2, CO2, szteroid hormonok, alkohol

Ozmózis (vízmolekula diffúziója a sejtmembránon keresztül)

• Ha az oldott anyag koncentrációja (ozmotikus nyomás) a sejten belül magasabb, mint kívül, akkor a víz a sejtbe hatol, a sejt duzzad
• Ha a sejt magas sókoncentrációjú oldatba kerül, akkor a víz kiáramlik belőle, a sejt összezsugorodik
• Általában az extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású: izotóniás oldat
  • Pl. vörösvértest fiziológiás sóoldatban (0,9% NaCl)
• Hipotóniás oldat: ha a sejtbe víz áramlik
  • Pl. vörösvértest hipotóniás sóoldatban (< 0,9% NaCl)
• Hipertóniás oldat: ha a sejtből víz áramlik ki
  • Pl. vörösvértest hipertóniás sóoldatban (> 0,9% NaCl)
• Gyakorlati vonatkozás: sportitalok (rehidratálás), agyi ödéma kezelése (pl. 20% -os mannitol)

Csatornán át történő transzport (passzív transzport)

(= facilitált diffúzió I)

• A lipidtartalmú membránon át vizes csatornák, ún. pórusok húzódnak
• Ezeket integráns membránfehérjék alkotják, amelyek konformációváltozásai nyitják és csukják a csatornákat
  • Az átáramlás szabályozott és szelektív
• Nyitott állapotban anyagáramlás a kémiai vagy elektrokémiai gradiens irányába történik
• Energiát nem igényel (passzív)
• Így jutnak át az ionok (Na+, K+, Ca2+, Cl- stb.)