Ugrás a tartalomhoz

Sejtbiológia

Balázs Margit (2011)

Debreceni Egyetem

Diffúziós viszonyok a sejtekben

Diffúziós viszonyok a sejtekben

A diffúzió fogalma: Kis anyagi részecskék (sejtekben elsősorban kis és makromolekulák, ionok stb.) áramlása, melyet az illető részecskék helytől függően változó koncentrációja okoz. Az oldatban lévő részecskék diffúziója a részecskék egyenletes eloszlására törekszik. A részecskék áramlása mindig a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebb koncentrációjú hely felé történik. Az áramlás nagysága, intenzitása arányos az egységnyi hosszra eső koncentrációváltozással. Az arányossági tényező a diffúziós állandó, mely erősen függ a hőmérséklettől.

Az intracelluláris diffúzió

A membránok szelektív barrierek (térrészek elválasztása), amit a lipid kettős réteg korlátozott permeabilitása biztosít. Ennek következtében az ionok, töltéssel rendelkező és poláros anyagok, nem vagy csak nagyon korlátozott mértékben képesek a membránokon áthaladni. Ennek oka, hogy a lipid kettős réteg apoláros, belső, rendkívül hidrofób közegén a poláros csoportok átjuttatásának energia igénye igen nagy. Az apoláros, hidrofób, zsírban oldódó molekulák, mint zsírsavak, koleszterin számára a membrán átjárható. A lipid kettősrétegen egyszerű diffúzióval csak a különböző gázok (molekuláris O2, N2, metán stb.) jutnak át. Poláros anyagok, vízben oldódó és töltéssel rendelkező molekulák, ionok átjutása erősen korlátozott.

3.9. ábra - Különböző méretű és polaritású molekulák, ionok permeabilitása szintetikus lipid kettősrétegen

Különböző méretű és polaritású molekulák, ionok permeabilitása szintetikus lipid kettősrétegen

A citoplazmában zajló diffúziófüggő események

A diffúzió szerepe a sejtekben: biokémiai folyamatok, sejten belüli transzportok, jelátviteli folyamatok.

  • egyszerű diffúzió (az a koncentráció gradiens irányában szabadon jut át a membránon, nagyon korlátozott a szervezetben)

  • facilitált diffúzió/passzív diffúzió : a legtöbb anyag - metabolitok, tápanyagok, ionok, makromolekulák - átjutását a membránon transzport fehérjék biztosítják. Enzimreakciókhoz hasonlít, fehérjék által közvetített, a koncentráció gradiens irányában történik.

3.10. ábra - Passzív diffúzió a lipid kettősrétegen és a sejtmembránon keresztül

Passzív diffúzió a lipid kettősrétegen és a sejtmembránon keresztül

Amennyiben a transzportálandó anyag koncentrációjának függvényében ábrázoljuk a transzport sebességét; egyszerű diffúzióra mindig lineáris az összefüggés, míg a facilitált diffúzióra a telítési görbe jellemző. A transzportfehérjék, melyek integráns membránfehérjék, megkötik a membránon átjuttatandó anyagokat és a koncentrációgradiensnek megfelelő irányban szállítják, legfeljebb addig, míg az egyensúly létre nem jön.

3.11. ábra - A facilitált és az egyszerű diffúzió sebességének koncentrációfüggése

A facilitált és az egyszerű diffúzió sebességének koncentrációfüggése

Kt a transzportálandó anyagnak az a koncentrációja, melynél a transzport a maximális sebesség felével működik.

Példa a facilitált diffúzóra: eritrociták membránjában lévő glukóz-transzporter (GLUT-1, melynek feladata az eritrociták folyamatos glukóz ellátásának biztosítása). A GLUT fehérjéknek eddig 5 izotipusát írták le.

A fentiek közül kiemeljük a GLUT-4 transzport fehérjét, mely abban különbözik a többi GLUT transzportertől, hogy nyugalmi állapotban nem a plazmamembránban, hanem intracelluláris (plazmamembránhoz közeli) vezikulákban lokalizálódik. A sejtek inzulinkötése és ezáltal stimulációja révén ezek a transzporterek a plazmamembránba kerülnek, ahol képesek glukózt transzportálni a sejtek belsejébe. Az inzulinszint csökkenésekor ismételten internalizálódnak (lefűződnek) a sejt belsejébe és visszanyerik inaktív állapotukat. Ennek a mechanizmusnak, az inzulinfüggő GLUT-4 transzporter aktivitásának a sérülése fontos eleme az ún. nem inzulinfüggő cukorbetegség (non-insulin-dependent diabetes mellitus) kialakulásának.

A transzportfolyamatokat irányítottságuk alapján is osztályozhatjuk.

3.12. ábra - A transzportfehérjék csoportosítása az anyagtranszport irányítottsága szerint

A transzportfehérjék csoportosítása az anyagtranszport irányítottsága szerint

1. Uniport fehérjék: egyidejűleg 1 fajta molekulát szállítnak. A glukóz-transzporter jellegzetes, egy irányban működő ún. uniport transzport. Ezek a transzportfehérjék olyan katalizátorként működnek, melyek felgyorsítják a termodinamikailag megengedett transzport folyamatokat.

Csatolt anyagtranszport/kotranszport

2. Szimport fehérjék: egyidejűleg képesek két molekula vagy ionféleség transzportját végezni azonos irányban. Pl. glukóz - és aminosav felvétele, mely a Na influxhoz kapcsoltan zajlik, megfelelő aktív pumpaműködéshez kötött.

3. Antiport fehérjék: ugyancsak kétféle ion vagy molekula egyidejű transzportját biztosítják, másodlagos aktív transzport mechanizmussal, ellentétes irányba.