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細胞輸送の種類とその特徴
の 細胞輸送 それは細胞の内側と外側の間の分子の移動と移動を含む。これらの区画間の分子の交換は、生物が正しく機能するために不可欠な現象であり、膜電位などの一連の事象を媒介するものもあります。.
生体膜は細胞の境界を定めるだけでなく、物質の輸送にも欠くことのできない役割を果たします。それらは構造を横切る一連のタンパク質を持ち、そして非常に選択的に、特定の分子の侵入を許したり許さない。.
細胞輸送は、システムが直接エネルギーを使用するかどうかによって、2つの主なタイプに分類されます.
受動輸送はエネルギーを必要とせず、そして分子は受動拡散により、水性チャネルによりまたは輸送された分子により膜を横切ることができる。能動輸送の方向は、膜の両側の間の濃度勾配によってもっぱら決定される.
対照的に、2番目のタイプの輸送はエネルギーを必要とし、能動輸送と呼ばれます。システムに注入されたエネルギーのおかげで、ポンプは分子をそれらの濃度勾配に抗して動かすことができます。文献で最も注目に値する例はナトリウム - カリウムポンプです。.
索引
- 1理論的基礎
- 1.1 - 細胞膜
- 1.2 - 膜中の脂質
- 膜中の1.3-タンパク質
- 1.4 - 膜の選択性
- 1.5 - 拡散と浸透
- 1.6 - 張度
- 1.7 - インフルエンスエレクトリック
- 2膜貫通型パッシブトランスポート
- 2.1簡易放送
- 2.2水性チャンネル
- 2.3分子輸送触媒
- 2.4浸透
- 2.5限外ろ過
- 2.6促進された普及
- 3膜貫通アクティブトランスポート
- 3.1能動輸送の特徴
- 3.2輸送選択性
- 3.3能動輸送の例：ナトリウム - カリウムポンプ
- 3.4ポンプのしくみ?
- 4マス交通
- 4.1 - エンドサイトーシス
- 4.2 - エキソサイトーシス
- 5参考文献
理論的基礎
-細胞膜
細胞と隣接する区画との間で物質や分子の移動がどのように起こるのかを理解するためには、生体膜の構造と組成を分析することが必要です。.
-膜中の脂質
細胞は脂質性の薄い複雑な膜に囲まれています。基本成分はリン脂質です.
これらは極頭と無極性の尾で構成されています。膜は2層のリン脂質 - 「脂質二重層」 - で構成されており、その中で尾が内側にまとめられ、頭が細胞外表面と細胞外表面を与えています.
極性ゾーンと無極性ゾーンの両方を持つ分子は、両親媒性と呼ばれます。この特性は、膜内の脂質成分の空間的構成にとって重要です。.
この構造は、細胞内区画を囲む膜によって共有されています。ミトコンドリア、葉緑体、小胞および他の細胞小器官もまた膜に囲まれていることを忘れないでください。.
ホスホグリセリドまたはリン脂質に加えて、膜はスフィンゴ脂質に富んでおり、それはスフィンゴシンおよびステロールと呼ばれる分子から形成された骨格を有する。この最後のグループでは、コレステロールを、流動性として膜の特性を調節する脂質として見つけます。.
-膜中のタンパク質
膜は内部に複数のタンパク質を含む動的構造です。膜のタンパク質は一種の「ゲートキーパー」または「ガード」分子として働き、それは誰が細胞に入って誰が細胞から出るかを非常に選択的に定義する。.
このため、一部の化合物は侵入し、他は侵入しないため、膜は半透性であると言われています。.
膜内にあるすべてのタンパク質がトラフィックの仲介に関与しているわけではありません。他の人は、外部の刺激に対する細胞の反応を引き起こす外部の信号の捕獲に責任があります。.
-膜の選択性
膜の脂質内部は非常に疎水性であり、それは膜を極性または親水性分子の通過に対して非常に不透過性にする（この用語は「水に恋をしている」ことを意味する）。.
これは極性分子の通過に対するさらなる困難を意味する。しかしながら、水溶性分子の通過が必要であるので、細胞は細胞とその外部環境との間のこれらの物質の効果的な移動を可能にする一連の輸送機構を有する。.
同様に、タンパク質のような大きな分子も輸送しなければならず、特殊なシステムを必要とします.
-拡散と浸透
細胞膜を通る粒子の移動は、以下の物理的原理に従って起こる。.
これらの原理は拡散と浸透であり、生細胞に見られる生体膜のような半透膜を通る溶液中の溶質と溶媒の移動に適用されます。.
拡散は、高濃度の領域から低濃度の領域に向かって浮遊する粒子のランダムな熱的移動を含むプロセスです。プロセスを記述しようとする数学的表現があり、それはフィックの拡散方程式と呼ばれます、しかし我々はそれに入りません.
この概念を念頭に置いて、透過性という用語を定義することができます。これは、一連の具体的な条件下で物質が膜を受動的に透過する速度を指します。.
一方、水も浸透と呼ばれる現象でその濃度勾配に有利に動いています。水の濃度に言及するのは正確ではないようですが、重要な液体はその拡散という点で他の物質のように振る舞うことを理解しなければなりません.
-張度
記述された物理現象を考慮に入れると、細胞の内側と外側の両方に存在する濃度が輸送の方向を決定します。.
したがって、溶液の張度は、溶液に浸された細胞の応答です。このシナリオに適用されるいくつかの用語があります。
等張性
濃度が両方の要素で等しい場合、細胞、組織、または溶液は他のものに関して等張である。生理学的な文脈では、等張環境に浸された細胞は変化を経験しないでしょう.
低張性
溶質の濃度が外側で低い場合、解はセルに対して低張です。つまり、セルの溶質は多くなります。この場合、水の傾向は細胞に入ることです.
赤血球を蒸留水（溶質を含まない）に入れると、水は破裂するまで入ります。この現象は溶血と呼ばれます.
高張
溶質の濃度が外側で高い場合、解はセルに対して高張です。つまり、セルの溶質は少なくなります。.
この場合、水の傾向は細胞を離れることです。赤血球をもっと濃厚な溶液に入れると、小球の中の水が出てくる傾向があり、細胞はしわのある外観になります。.
これら3つの概念は生物学的に関連性があります。例えば、海洋生物の卵は海水に関して等張でなければならず、それによって破裂したり水を失ったりしないようにする。.
同様に、哺乳動物の血液中に生息する寄生虫は、それらが発生する培地に似た濃度の溶質を持つべきです。.
-電気的影響
荷電粒子であるイオンについて話をするとき、膜を通る動きは濃度勾配によってのみ導かれるわけではありません。このシステムでは溶質の負荷を考慮に入れる必要があります。.
イオンは濃度が高い領域から遠ざかる傾向があり（浸透と拡散のセクションで説明したように）、またイオンが負の場合、負の電位が大きくなる領域に向かって進みます。異なる電荷が引き寄せられ、等しい電荷が反発することを忘れないでください.
イオンの振る舞いを予測するには、濃度勾配と電気勾配の結合力を加えなければなりません。この新しいパラメータは正味電気化学勾配と呼ばれます.
細胞輸送の種類は、受動的および能動的運動におけるシステムによるエネルギーの使用の有無に応じて分類されます。以下にそれぞれを詳しく説明します。
膜貫通パッシブトランスポート
膜を通る受動運動は、エネルギーを直接必要とせずに分子を通過させることを含む。これらのシステムはエネルギーを含まないので、それは原形質膜を通して存在する濃度勾配（電気的なものを含む）にもっぱら依存する.
粒子の移動を担うエネルギーはそのような勾配で蓄えられていますが、プロセスを受動的なものとして考え続けることは適切で便利です.
分子が一方から他方へ受動的に通過することができる3つの基本的な経路があります。
単純拡散
溶質を輸送する最も簡単で直感的な方法は、上記の勾配に従って膜を通過することです。.
分子は、細胞膜を通って拡散し、水相を脇に残して脂質部分に溶解し、そして最後に細胞内部の水性部分に入る。同じことがセルの内側から外側への反対方向でも起こり得る。.
膜を効率的に通過することで、システムが持つ熱エネルギーのレベルが決まります。それが十分に高ければ、分子は膜を通過できます。.
より詳細に見れば、分子は、脂質相に移動することができるためには、水相中に形成された全ての水素結合を切断しなければならない。この事象は存在する各リンクにつき５ｋｃａｌの運動エネルギーを必要とする。.
考慮に入れるべき次の要因は脂質の地帯の分子の溶解度です。移動度は、分子量や分子の形状など、さまざまな要因の影響を受けます.
単純拡散工程の速度論は、非飽和速度論を示す。これは、細胞外領域で輸送される溶質の濃度に比例して投入量が増加することを意味します。.
水性チャンネル
受動的経路を介して分子を通過させる第二の選択肢は、膜内に位置する水性チャネルを通ることである。これらのチャネルは、疎水性領域との接触を避けて、分子の通過を可能にする一種の孔です。.
特定の荷電分子は、その濃度勾配に従って細胞に侵入します。水で満たされたこのチャンネルシステムのおかげで、膜はイオンに対して非常に不透過性です。これらの分子の中では、ナトリウム、カリウム、カルシウム、塩素が際立っています.
コンベア分子
最後の選択肢は、それが膜の脂質に富む部分を通過することを達成するように、目的の溶質とその親水性を隠す輸送分子との組み合わせである。.
トランスポーターは、輸送される必要がある分子の脂溶性を増加させ、そして濃度勾配または電気化学的勾配を支持してその通過を支持する。.
これらのトランスポータータンパク質はさまざまな働きをします。最も単純な場合では、溶質は膜の一方の側から他方の側へ移動する。このタイプはサポートと呼ばれます。逆に、別の溶質が同時に輸送される、または結合される場合、輸送者はトレーラーと呼ばれます.
結合コンベアが2つの分子を同じ方向に移動させるとそれは単純輸送体であり、反対方向に移動させるとコンベアは反輸送.
浸透
それは溶媒が半透膜を選択的に通過するタイプの細胞輸送です.
例えば、水は、その濃度が低いセルの隣を通過する傾向があります。その経路の水の動きは浸透圧と呼ばれる圧力を生成します.
この圧力は細胞内の物質の濃度を調節するために必要であり、それは細胞の形状に影響を与えます。.
限外ろ過
この場合、いくつかの溶質の移動は、最も高い圧力の領域から最も低い圧力までの静水圧の影響によって生じる。人体では、このプロセスは心臓によって生成された血圧のおかげで腎臓で起こります.
このようにして、水、尿素などが細胞から尿に移動します。ホルモン、ビタミンなどは血中に残ります。このメカニズムは透析としても知られています.
促進された普及
非常に大きな分子（グルコースおよび他の単糖など）を含む物質があり、それらは拡散するためにキャリアタンパク質を必要とします。この拡散は単純な拡散よりも速く、以下に依存します。
- 物質の濃度勾配.
- 細胞内に存在するトランスポータータンパク質の量.
- 存在するタンパク質の速度.
これらのトランスポータータンパク質の1つはインスリンであり、これはグルコースの拡散を促進し、血中のその濃度を低下させます.
膜内能動輸送
これまで、エネルギーコストをかけずにチャネルを通過するさまざまな分子の通過について説明してきました。これらのイベントでは、唯一のコストは膜の両側に異なる濃度の形で位置エネルギーを生成することです.
このように、搬送方向は既存の勾配によって決まります。溶質は、正味の拡散が終了する点に到達するまで、前述の拡散の原理に従って輸送され始め、この時点で平衡に達している。イオンの場合、動きは負荷の影響も受けます。.
しかしながら、膜の両側のイオンの分布が実際の平衡状態にある唯一の場合は、細胞が死んだときである。すべての生細胞は、溶質濃度を平衡状態から遠ざけるために大量の化学エネルギーを投資します.
これらのプロセスを活性に保つために使用されるエネルギーは、一般的に、ATP分子です。 ATPと略されるアデノシン三リン酸は細胞プロセスにおける基本的エネルギー分子である.
能動輸送の特徴
活発な輸送は、それらがどんなに顕著であっても、濃度勾配に対して作用することができます - この性質はナトリウム - カリウムポンプの説明で明らかになります（下記参照）.
能動輸送機構は一度に複数のクラスの分子を動かすことができる。能動輸送については、受動輸送におけるいくつかの分子の同時輸送について言及された同じ分類が使用される：単輸送体および逆輸送体.
これらのポンプによって実行される輸送は、タンパク質内の重要な部位を特異的に遮断する分子の適用によって阻害され得る。.
輸送速度論はミカエリス - メンテン型である。両方の挙動 - いくつかの分子と反応速度によって阻害されている - は酵素反応の典型的な特徴です.
最後に、システムはATPアーゼのようなATP分子を加水分解することができる特定の酵素を持たなければなりません。これは、システムがそれを特徴付けるエネルギーを獲得するメカニズムです。.
輸送選択性
関与するポンプは、輸送される分子において非常に選択的です。たとえば、ポンプがナトリウムイオンのキャリアである場合、両方のイオンのサイズは非常に似ていますが、リチウムイオンは使用されません。.
タンパク質は２つの診断的特徴：分子の脱水の容易さおよびトランスポーターの細孔内の電荷との相互作用を区別することができると推定される。.
小さいイオンと比較すると、大きいイオンは容易に脱水することが知られています。したがって、弱い極性中心を持つ細孔は大きなイオンを使います。.
逆に、強く荷電した中心を持つチャネルでは、脱水イオンとの相互作用が優勢です。.
能動輸送の例：ナトリウム - カリウムポンプ
能動輸送のメカニズムを説明するために、最も研究されたモデルでそれをすることが最善です：ナトリウム - カリウムポンプ.
細胞の顕著な特徴は、ナトリウムイオンの顕著な勾配を維持する能力です。+）とカリウム（K）+）.
生理学的環境では、細胞内のカリウム濃度は細胞外よりも10〜20倍高い。対照的に、ナトリウムイオンは細胞外環境にはるかに集中していることがわかりました.
イオンの動きを受動的に支配する原理では、これらの濃度を維持することは不可能であろう、それゆえ細胞は能動輸送システムを必要とし、これはナトリウム - カリウムポンプである。.
ポンプは、すべての動物細胞の原形質膜に固定されたATPase型のタンパク質複合体によって形成されています。これは両方のイオンの結合部位を持ち、エネルギー注入による輸送に関与しています。.
ポンプのしくみ?
このシステムでは、細胞区画と細胞区画の間のイオンの移動を決定する2つの要因があります。第一はナトリウム - カリウムポンプが作用する速度であり、第二の要因は受動拡散現象によってイオンが再び（ナトリウムの場合）セルに入ることができる速度です。.
このようにして、イオンがセルに入る速度は、適切な濃度のイオンを維持するためにポンプが作動しなければならない速度を決定する。.
ポンプの操作は、イオンの輸送を担うタンパク質の一連の立体構造変化に依存します。 ATPの各分子は直接加水分解され、その過程で3つのナトリウムイオンが細胞を離れ、同時に2つのカリウムイオンが細胞環境に入ります。.
大量輸送
多糖類やたんぱく質などの巨大分子の動きを助けるもう一つのタイプの能動輸送です。それは発生する可能性があります。
-エンドサイトーシス
エンドサイトーシスには、食作用、飲作用およびリガンド媒介エンドサイトーシスの3つのプロセスがあります。
食作用
食作用は、固体粒子が融合した偽足によって構成される小胞またはファゴソームによって覆われている種類の輸送である。ベシクルの内側に残っているその固体粒子は酵素によって消化され、細胞の内部に到達します.
このようにして、白血球は体内で働きます。防御機構としてのバクテリアと異物の貪食.
飲作用
ピノサイトーシスは、輸送される物質が細胞外液の小滴または小胞である場合に起こり、膜は小胞または小滴の内容物が細胞の表面に戻るように処理されるピノサイトーシス小胞を作り出す。.
受容体を介したエンドサイトーシス
それは、飲作用と同様のプロセスですが、この場合、特定の分子（リガンド）が膜受容体に結合すると、膜の陥入が起こります。.
いくつかのエンドサイトーシス小胞が結合し、そしてエンドソームと呼ばれるより大きな構造を形成し、それはリガンドが受容体から分離されるところである。その後、受容体は膜に戻り、リガンドはリポソームに結合し、そこでリポソームは酵素によって消化されます。.
-エキソサイトーシス
それは物質が細胞の外に取られなければならない細胞輸送の一種です。この過程の間に、分泌小胞の膜は細胞膜に加わり、小胞の内容を解放する.
このようにして、細胞は合成された物質または廃棄物のものを排除する。これは、ホルモン、酵素、神経伝達物質の放出方法でもあります。.
参考文献
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