กลไกการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

เซลล์เคลื่อนย้ายสารละลายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยกลไกที่หลากหลาย ตั้งแต่การแพร่แบบพาสซีฟตามความเข้มข้นไปจนถึงการปั๊มที่ต้องใช้พลังงานเพื่อต้านทานความเข้มข้น

Definition

กลไกการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์คือเส้นทางระดับโมเลกุลที่สารละลายเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โดยจัดเป็นแบบพาสซีฟเมื่อเคลื่อนที่ตามความเข้มข้นทางเคมีไฟฟ้า และเป็นแบบแอคทีฟเมื่อเคลื่อนที่ต้านความเข้มข้นโดยใช้แหล่งพลังงาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการขนส่งแบบพาสซีฟผ่านการแพร่แบบธรรมดาและการแพร่แบบอำนวยความสะดวก ความแตกต่างระหว่างช่องทางและตัวพา การขนส่งแบบแอคทีฟปฐมภูมิที่ขับเคลื่อนด้วย ATP การขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิที่เชื่อมโยงกับความเข้มข้นของไอออน และการเลือกสรรที่ทำให้โปรตีนขนส่งสามารถแยกแยะสารละลายได้

Core questions

• ช่องทางและตัวพาแตกต่างกันอย่างไรในการเคลื่อนย้ายสารละลาย?
• การแพร่แบบอำนวยความสะดวกและการขนส่งแบบแอคทีฟแตกต่างกันอย่างไร?
• ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมใช้ ATP ในการเคลื่อนย้ายไอออนได้อย่างไร?
• โปรตีนขนส่งบรรลุการเลือกสรรสำหรับไอออนบางชนิดได้อย่างไร?

Key theories

การปั๊มไอออนที่ขับเคลื่อนด้วย ATP

Skou ระบุ ATPase ที่เคลื่อนย้ายโซเดียมและโพแทสเซียมต้านความเข้มข้น แสดงให้เห็นว่าการขนส่งแบบแอคทีฟขับเคลื่อนด้วยการไฮโดรไลซ์ ATP ที่เชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในปั๊ม

พื้นฐานโครงสร้างของการเลือกสรรไอออน

โครงสร้างอะตอมของช่องโพแทสเซียมเผยให้เห็นตัวกรองการเลือกสรรที่คาร์บอนิลของโครงสร้างหลักเลียนแบบเปลือกไฮเดรชั่นของโพแทสเซียม ซึ่งอธิบายว่าช่องทางนำไอออนหนึ่งได้อย่างรวดเร็วในขณะที่กีดกันไอออนอื่นได้อย่างไร

Mechanisms

การขนส่งแบบพาสซีฟเคลื่อนย้ายสารละลายตามความเข้มข้นทางเคมีไฟฟ้า: โมเลกุลไม่มีขั้วขนาดเล็กแพร่ผ่านชั้นไขมันสองชั้นโดยตรง ในขณะที่ช่องทางมีรูพรุนที่เป็นน้ำแบบเลือกสรร และตัวพาจะจับและขนส่งสารละลาย การขนส่งแบบแอคทีฟเคลื่อนย้ายสารละลายต้านความเข้มข้น: ตัวขนส่งแบบแอคทีฟปฐมภูมิ เช่น ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม จะไฮโดรไลซ์ ATP และหมุนเวียนระหว่างโครงสร้างที่เปิดเผยตำแหน่งจับกับแต่ละด้านสลับกัน ในขณะที่ตัวขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิจะเชื่อมโยงการเคลื่อนที่ต้านความเข้มข้นของสารละลายหนึ่งเข้ากับการไหลตามความเข้มข้นของไอออนที่สร้างขึ้นโดยปั๊มปฐมภูมิ

Clinical relevance

กลไกการขนส่งอธิบายว่าเซลล์ได้รับสารอาหาร ควบคุมสมดุลของไอออน และเก็บพลังงานในความเข้มข้นได้อย่างไร ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจความสามารถในการกระตุ้นและการรักษาสมดุล การนำเสนอในที่นี้เป็นแบบพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

การค้นพบโซเดียม-โพแทสเซียม ATPase ของ Skou ในปี 1957 ได้เปิดเผยพื้นฐานระดับโมเลกุลของการขนส่งแบบแอคทีฟ; โครงสร้างของช่องไอออนของ MacKinnon ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 และงานของ Agre เกี่ยวกับ aquaporins ได้อธิบายในภายหลังว่าการขนส่งแบบพาสซีฟแบบเลือกสรรเกิดขึ้นได้อย่างไรในระดับอะตอม

Key figures

• Jens Christian Skou
• Roderick MacKinnon
• Peter Agre

Seminal works

• skou1957
• doyle1998

Frequently asked questions

ช่องทางและตัวพาแตกต่างกันอย่างไร?

ช่องทางสร้างรูพรุนที่ช่วยให้สารละลายที่เลือกไว้ไหลผ่านได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่ตัวพาจะจับกับสารละลายและเปลี่ยนรูปร่างเพื่อปล่อยสารละลายอีกด้านหนึ่ง ซึ่งช้ากว่า

อะไรคือพลังงานขับเคลื่อนการขนส่งแบบแอคทีฟ?

การขนส่งแบบแอคทีฟปฐมภูมิขับเคลื่อนโดยตรงจากการไฮโดรไลซ์ ATP ในขณะที่การขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิขับเคลื่อนโดยอ้อมจากความเข้มข้นของไอออนที่ปั๊มสร้างขึ้นก่อนหน้านี้