Types et caractéristiques de transport cellulaire

Il transport cellulaire Cela implique le trafic et le déplacement des molécules entre l'intérieur et l'extérieur des cellules. L'échange de molécules entre ces compartiments est un phénomène essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme, et une série d'événements, tels que le potentiel membranaire, pour en mentionner certains.

Les membranes biologiques ne sont pas seulement responsables de la délimitation de la cellule, mais ils jouent également un rôle indispensable dans le trafic de substances. Ils ont une série de protéines qui traversent la structure et, très sélectivement, permettent l'entrée de certaines molécules.

Le transport cellulaire est classé en deux types principaux, selon que le système utilise directement l'énergie.

Le transport passif ne nécessite pas d'énergie et les molécules parviennent à traverser la membrane par diffusion passive, au moyen de canaux aqueux ou au moyen de molécules transportées. La direction du transport actif est déterminée exclusivement par les gradients de concentration entre les deux côtés de la membrane.

En revanche, le deuxième type de transport si cela nécessite de l'énergie et est appelé transport actif. Grâce à l'énergie injectée dans le système, les pompes peuvent déplacer les molécules contre leurs gradients de concentration. L'exemple le plus notable de la littérature est la bombe de sodium - Potassium.

Bases théoriques

-Membranes cellulaires

Pour comprendre comment le trafic de substances et de molécules entre la cellule et les compartiments adjacents se produit, il est nécessaire d'analyser la structure et la composition des membranes biologiques.

-Lipides dans les membranes

Par jpablo cad [cc par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)], de Wikimedia Commons

Les cellules sont entourées d'une membrane fine et complexe de nature lipidique. Le composant de base est les phospholipides.

Ceux-ci sont composés d'une tête polaire et d'une queue apolaire. Les membranes sont composées de deux couches de phospholipides - "Lipid Bicapas" - dans laquelle les queues sont regroupées à l'intérieur et les têtes donnent aux visages supplémentaires et intracellulaires.

Les molécules qui ont des zones polaires et apolaires sont appelées amphipatiques. Cette propriété est cruciale pour l'organisation spatiale des composants lipidiques dans les membranes.

Cette structure est partagée par les membranes entourant les compartiments subcellulaires. Rappelons que les mitochondries, les chloroplastes, les vésicules et autres organites sont entourés de membrane.

En plus des phosphoglycérides ou des phospholipides, les membranes sont riches en sphingolipides, qui ont formé des squelettes pour une molécule appelée sphinxine et stérols. Dans ce dernier groupe, nous trouvons le cholestérol, un lipide qui module les propriétés de la membrane, comme sa fluidité.

-Protéines dans les membranes

Figure 1. Schéma du modèle de mosaïque fluide. Source: Par LadyOfhats Mariana Ruiz, traduction Pilar Saenz [Domaine public], via Wikimedia Commons

La membrane est une structure dynamique, qui contient plusieurs protéines à l'intérieur. Les protéines membranaires agissent comme une sorte de «gardiens de but» ou de «gardes» moléculaires, qui définissent avec une grande sélectivité qui entre et qui quitte la cellule.

Pour cette raison, il est dit que les membranes sont semi-perméables, car certains composés parviennent à entrer et d'autres ne sont pas.

Toutes les protéines qui sont dans la membrane ne sont pas responsables de la médiation du trafic. D'autres sont responsables de la capture de signaux externes qui produisent une réponse cellulaire aux stimuli externes.

-Sélectivité membranaire

L'intérieur lipidique de la membrane est très hydrophobe, ce qui fait de la membrane une entité très étanche au passage des molécules polaires ou hydrophiles (ce terme signifie "amoureux de l'eau").

Cela implique une difficulté supplémentaire au passage des molécules polaires. Cependant, le trafic de molécules hydrosolubles est nécessaire, de sorte que les cellules ont une série de mécanismes de transport qui permettent le déplacement effectif de ces substances entre la cellule et leur environnement externe.

De même, les grandes molécules, telles que les protéines, doivent être transportées et nécessitent des systèmes spécialisés.

-Diffusion et osmose

Le mouvement des particules à travers les membranes cellulaires se produit en suivant les principes physiques suivants.

Ces principes sont la diffusion et l'osmose et s'appliquent au mouvement des solutés et des solvants dans une solution à travers une membrane semi-perméable - comme les membranes biologiques trouvées dans les cellules vivantes.

La diffusion est le processus qui implique le mouvement thermique aléatoire des particules en suspension de régions de concentrations élevées aux régions de concentration plus faibles. Il existe une expression mathématique qui cherche à décrire le processus et est appelée équation de diffusion fot, mais nous ne nous plongerons pas.

Avec ce concept à l'esprit, nous pouvons définir le terme perméabilité, qui fait référence à la vitesse à laquelle une substance parvient à pénétrer passivement la membrane dans une série de conditions concrètes.

D'un autre côté, l'eau se déplace également en faveur de son gradient de concentration dans un phénomène appelé osmose. Bien qu'il ne semble pas nécessaire de se référer à la concentration d'eau, nous devons comprendre que le liquide vital se comporte comme toute autre substance, en termes de diffusion.

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-Tonicité

Compte tenu des phénomènes physiques décrits, les concentrations qui existent à la fois à l'intérieur de la cellule et à l'étranger détermineront la direction du transport.

Ainsi, la tonicité d'une solution est la réponse des cellules immergées dans une solution. Il y a une terminologie appliquée à ce scénario:

Isotonique

Une cellule, un tissu ou une solution est isotonique par rapport à un autre si la concentration dans l'égalité dans les deux éléments. Dans un contexte physiologique, une cellule immergée dans un environnement isotonique ne connaîtra aucun changement.

Hypotonique

Une solution est hypotonique par rapport à la cellule si la concentration de solutés est plus faible à l'étranger - c'est-à-dire que la cellule a plus de solutés. Dans ce cas, la tendance de l'eau est d'entrer dans la cellule.

Si nous mettons les globules rouges dans de l'eau distillée (qui est exempte de solutés), l'eau entrerait jusqu'à ce qu'elles les éclatent. Ce phénomène est appelé hémolyse.

Hypertonique

Une solution est hypertonique par rapport à la cellule si la concentration de solutés est plus élevée à l'étranger - c'est-à-dire que la cellule a moins de solutés.

Dans ce cas, la tendance de l'eau est de sortir de la cellule. Si nous mettons les globules rouges dans une solution plus concentrée, l'eau des cellules sanguines a tendance à sortir et la cellule acquiert une apparence ridée.

Ces trois concepts ont une pertinence biologique. Par exemple, les œufs d'un organisme marin doivent être isotoniques par rapport à l'eau de mer afin de ne pas éclater et de ne pas perdre de l'eau.

De même, les parasites vivant dans le sang des mammifères doivent avoir une concentration de solutés similaires à l'environnement dans lequel ils se développent.

-Influence électrique

Lorsque nous parlons d'ions, qui sont des particules chargées, le mouvement à travers les membranes n'est pas dirigé exclusivement par des gradients de concentration. Dans ce système, vous devez prendre en compte les charges des solutés.

L'ion a tendance à s'éloigner des régions où la concentration est élevée (comme décrit dans la section d'osmose et de diffusion), et aussi si l'ion négatif avancera vers les régions où il y a un potentiel négatif croissant. N'oubliez pas que différentes charges s'attirent et que les charges égales repoussent.

Pour prédire le comportement de l'ion, nous devons ajouter les forces combinées du gradient de concentration et le gradient électrique. Ce nouveau paramètre est appelé gradient électrochimique net.

Les types de transport cellulaire sont classés en fonction de l'utilisation - ou non - d'énergie par le système dans les mouvements passifs et actifs. Ensuite, nous décrirons chacun en détail:

Transport passif transmembranaire

Les mouvements passifs à travers les membranes impliquent le passage des molécules sans le besoin direct d'énergie. Comme ces systèmes n'impliquent pas d'énergie, cela dépend exclusivement des gradients de concentration (y compris électriques) qui existent à travers la membrane plasmique.

Bien que l'énergie responsable du mouvement des particules soit stockée dans de tels gradients, il est approprié et pratique de continuer à considérer le processus comme des responsabilités.

Il y a trois voies élémentaires à travers lesquelles les molécules peuvent voyager d'un côté passivement:

Diffusion simple

Le moyen le plus simple et le plus intuitif de transporter un soluté est de traverser la membrane suivant les gradients mentionnés ci-dessus.

La molécule se propage à travers la membrane plasmique, laissant la phase aqueuse de côté, se dissout dans la partie lipidique, et pénètre enfin dans la partie aqueuse de l'intérieur cellulaire. La même chose peut se produire dans la direction opposée, de l'intérieur de la cellule.

L'étape efficace à travers la membrane déterminera le niveau d'énergie thermique que possède le système. S'il est assez élevé, la molécule peut traverser la membrane.

Vu plus en détail, la molécule doit briser toutes les liaisons hydrogène formées dans la phase aqueuse pour pouvoir se déplacer vers la phase lipidique. Cet événement nécessite 5 kcal d'énergie cinétique pour chaque lien actuel.

Le prochain facteur à prendre en compte est la solubilité de la molécule dans la zone lipidique. La mobilité est influencée par une variété de facteurs, tels que le poids moléculaire et la forme de la molécule.

La cinétique du simple passage de diffusion présente une cinétique non saturation. Cela signifie que l'entrée augmente proportionnellement à la concentration du soluté à transporter dans la région extracellulaire.

Canaux aqueux

La deuxième alternative du passage des molécules. Ces canaux sont une sorte de pores qui permettent à la molécule de passer, évitant le contact avec la région hydrophobe.

Certaines molécules chargées parviennent à entrer dans la cellule après leur gradient de concentration. Grâce à ce système de canaux pleins d'eau, les membranes sont très imperméables aux ions. Dans ces molécules, le sodium, le potassium, le calcium et le chlore se démarquent.

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Molécule de tapis roulant

La dernière alternative est la combinaison du soluté d'intérêt avec une molécule de convoyeur qui masque sa nature hydrophile, pour réaliser le passage à travers la riche partie des lipides membranaires.

Le transporteur augmente la solubilité lipidique de la molécule qui nécessite d'être transportée et favorise son passage en faveur du gradient de concentration ou du gradient électrochimique.

Ces protéines de transport fonctionnent de différentes manières. Dans le cas le plus simple, un soluté est transféré d'un côté de la membrane à un autre. Ce mec s'appelle Uniporte. Au contraire, si un autre soluté est transporté simultanément ou couplé, le convoyeur est appelé couplé.

Si le convoyeur couplé mobilise les deux molécules dans la même direction est un synport et s'il le fait dans des directions opposées, le convoyeur est antiporte.

Osmose

Osmose2-Fr.PNG: Psychotikderivative Work: Ortisa [CC-Be-SA-3.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /) ou gfdl (http: // www.gnou.Org / copyleft / fdl.html)], via Wikimedia Commons

C'est le type de transport cellulaire dans lequel un solvant passe sélectivement à travers la membrane semi-perméable.

L'eau, par exemple, a tendance à se déplacer à côté de la cellule dans laquelle sa concentration est plus faible. Le mouvement de l'eau dans ce chemin génère une pression appelée pression osmotique.

Cette pression est nécessaire pour réguler la concentration de substances cellulaires, ce qui affecte plus tard la forme de la cellule.

Ultrafiltration

Dans ce cas, le mouvement de certains solutés est produit par l'effet d'une pression hydrostatique, de la zone d'une plus grande pression à la pression la plus basse. Dans le corps humain, ce processus se produit dans les reins grâce à la pression artérielle générée par le cœur.

De cette façon, l'eau, l'urée, etc., passe des cellules à l'urine; et les hormones, les vitamines, etc., Ils restent dans le sang. Ce mécanisme est également connu sous le nom de nom de dialyse.

Diffusion facilitée

Diffusion facilitée

Il y a des substances avec de très grandes molécules (comme le glucose et d'autres monosaccharides), qui ont besoin d'une protéine de convoyeur pour se propager. Cette diffusion est plus rapide que la diffusion simple et dépend de:

• Le gradient de concentration de substances.
• La quantité de protéines de convoyeur présente dans la cellule.
• La vitesse des protéines présentes.

L'une de ces protéines de convoyeur est l'insuline, ce qui facilite la diffusion du glucose, réduisant sa concentration dans le sang.

Transport actif transmembranaire

Jusqu'à présent, nous avons discuté du passage de différentes molécules à travers des canaux sans coût énergétique. Dans ces événements, le seul coût est de générer une énergie potentielle sous forme de concentrations différentielles des deux côtés de la membrane.

De cette façon, l'adresse de transport est déterminée par le gradient existant. Les solutés commencent à transporter en suivant les principes de diffusion susmentionnés, jusqu'à ce qu'ils atteignent un point où la diffusion nette se termine - à ce stade, un équilibre a été atteint. Dans le cas des ions, le mouvement est également influencé par la charge.

Cependant, dans le seul cas où la distribution des ions des deux côtés de la membrane est dans un équilibre réel, c'est quand la cellule est morte. Toutes les cellules vivantes investissent une grande quantité d'énergie chimique pour maintenir les concentrations des solutés loin de l'équilibre.

L'énergie utilisée pour maintenir ces processus actifs est la molécule ATP. Adénosine Tryphosphate, abrégée en ATP, est une molécule d'énergie fondamentale dans les processus cellulaires.

Caractéristiques de transport actifs

Le transport actif peut agir contre les gradients de concentration, quelle que soit leur marque - cette propriété sera claire avec l'explication de la pompe de sodium - potassium (voir plus loin).

Les mécanismes de transport actifs peuvent déplacer plus d'un type de molécule en même temps. Pour le transport actif, la même classification mentionnée pour le transport de plusieurs molécules simultanément dans le transport passif est utilisée: SIMPORT ET ANTIPORTE.

Le transport effectué par ces pompes peut être inhibé en appliquant des molécules qui bloquent spécifiquement les sites cruciaux en protéines.

La cinétique de transport est de type Michaelis -mente. Les deux comportements - étant inhibés par une molécule et une cinétique - sont des caractéristiques typiques des réactions enzymatiques.

Enfin, le système doit avoir des enzymes spécifiques qui peuvent hydrolyser la molécule ATP, comme les ATPASAS. C'est le mécanisme par lequel le système obtient l'énergie qui le caractérise.

Sélectivité de transport

Les pompes impliquées sont extrêmement sélectives dans les molécules qui seront transportées. Par exemple, si la pompe est un convoyeur d'ions sodium, ne prenez pas les ions lithium, bien que les deux ions soient de taille très similaire.

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Il est présumé que les protéines gèrent.

Il est connu que les grands ions parviennent facilement à déshydrater facilement, si nous les comparons à un petit ion. Ainsi, un pore avec des centres polaires faibles utilisera de gros ions, de préférence.

Contrairement aux canaux avec des centres fortement chargés, l'interaction avec l'ion déshydraté prédomine.

Exemple de transport actif: la pompe de sodium - potassium

Pour expliquer les mécanismes de transport actifs, il est préférable de le faire avec le modèle le mieux étudié: la pompe de sodium - potassium.

Une caractéristique frappante des cellules est la capacité de maintenir les gradients prononcés des ions sodium (Na⁺) et le potassium (k⁺).

Dans l'environnement physiologique, la concentration de potassium à l'intérieur des cellules est 10 à 20 fois plus élevée qu'en dehors des cellules. En revanche, les ions sodium sont beaucoup plus concentrés dans l'environnement extracellulaire.

Avec les principes qui régissent le mouvement des ions passivement, ce serait impossible.

La pompe est formée par un complexe protéique de type atpasa ancré à la membrane plasmique de toutes les cellules animales. Cela a des sites syndicaux pour les deux ions et est responsable du transport d'injection d'énergie.

Comment fonctionne la pompe?

Dans ce système, il existe deux facteurs qui déterminent le mouvement des ions entre les compartiments cellulaires et extracellulaires. Le premier est la vitesse à laquelle la pompe de sodium - potassium agit, et le deuxième facteur est la vitesse à laquelle l'ion peut entrer à nouveau dans la cellule (dans le cas du sodium), par des événements de diffusion passive.

De cette façon, la vitesse à laquelle les ions entrent dans les conditions cellulaires de la vitesse à laquelle la pompe doit travailler pour maintenir une concentration en ions appropriée.

Le fonctionnement de la pompe dépend d'une série de changements conformationnels dans la protéine qui est responsable du transport des ions. Chaque molécule ATP est directement hydrolysée, dans le processus, trois ions sodium quittent la cellule et en même temps deux ions de potassium entrent dans l'environnement cellulaire.

Transport de masse

Il s'agit d'un autre type de transport actif qui aide au mouvement des macromolécules, comme les polysaccharides et les protéines. Peut être donné par:

-Endocytose

Il existe trois processus d'endocytose: la phagocytose, les pinocytes et l'endocytose médiés par lien:

Phagocytose

Phagocytose Le type de transport dans lequel une particule solide est recouverte d'une vésicule biliaire ou d'un phagosome constitué de pseudopodes fusionnés. Cette particule solide qui reste à l'intérieur de la vésicule biliaire est digérée par des enzymes et atteint ainsi l'intérieur de la cellule.

De cette façon, les globules blancs fonctionnent dans le corps; bactéries phagocytaires et corps étrangers comme mécanisme de défense.

Pinocytose

Nutrition des protozoaires. Pinocytose. Image de: Jacek FH (dérivé de Mariana Ruiz Villarreal). Pris et édité à partir de https: // communes.Wikimedia.org / wiki / fichier: pinocytose.SVG.

La pinocytose se produit lorsque la substance est transportée est une gouttelette ou une vésicule de liquide extracellulaire, et la membrane crée une vésicule pinocytaire dans laquelle le contenu de la vésicule biliaire ou de la goutte est traité pour revenir à la surface de la cellule.

Endocytose par un récepteur

Il s'agit d'un processus similaire à la pinocytose, mais dans ce cas, l'invagination de la membrane se produit lorsqu'une certaine molécule (liaison) se lie au récepteur de la membrane.

Plusieurs vésicules endocytaires se lient et forment une structure plus grande appelée endosome, où le ligand récepteur est séparé. Ensuite, le récepteur revient à la membrane et le ligand se lie à un liposome dans lequel il est digéré par les enzymes.

-Exocytose

C'est un type de transport cellulaire dans lequel la substance doit être prise à l'extérieur de la cellule. Au cours de ce processus, la membrane de la vésicule biliaire sécrétoire rejoint la membrane cellulaire et libère le contenu de la vésicule biliaire.

De cette façon, les cellules éliminent les substances synthétisées ou déchet. C'est aussi ainsi que les hormones, les enzymes ou les neurotransmetteurs libèrent.

Les références

1. Audesirk, t., Audesirk, G., & Byers, B. ET. (2003). Biologie: vie sur terre. Pearson Education.
2. Donnersberger, un. B., & Lesak, un. ET. (2002). Livre de laboratoire d'anatomie et de physiologie. Payotribo éditorial.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomophysiologie et pathologie de base. Éditorial de paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, w. W., Burggren, w., Français, k., & Eckert, R. (2002). Physiologie des animaux Eckert. Macmillan.
5. Vécu, à. M. (2005). Fondamentaux de la physiologie de l'activité physique et des sports. Élégant. Pan -American Medical.