Membran Taşınımı Enerjetiği
Çözünen maddelerin membranlar boyunca hareketinin termodinamiği—elektrokimyasal gradyanları boyunca kanallar aracılığıyla veya pompalara ve eşlenik taşıyıcılara karşı.
Tanım
Membran taşıma enerjetiği, çözünen madde hareketinin membranlar boyunca elektrokimyasal potansiyel gradyanı ve gradyanlara karşı taşınımı sağlayan serbest enerji kaynakları açısından termodinamik analizidir.
Kapsam
Bu konu, transmembran taşınımının enerji dengesini kapsamaktadır: konsantrasyon ve voltajı birleştiren elektrokimyasal potansiyel, kanallar aracılığıyla pasif elektrodifüzyon ve çözünen maddeleri gradyanlarına karşı hareket ettiren birincil ve ikincil aktif taşıma. Denge (Nernst) potansiyelini, akımın sabit alan tanımını ve pompaların taşınımı bir serbest enerji kaynağına nasıl bağladığını ele almaktadır; kanal kapılanması ve sistem düzeyindeki membran potansiyeli ise komşu konulara bırakılmaktadır.
Temel sorular
- Elektrokimyasal potansiyel nedir ve bir çözünen madde bir membran boyunca ne zaman dengededir?
- Bir kanal aracılığıyla pasif akış, konsantrasyon ve voltaja nasıl bağlıdır?
- Pompalar çözünen maddeleri gradyanlarına karşı nasıl hareket ettirir ve bunun enerji maliyeti nedir?
- İkincil aktif taşıma, mevcut bir gradyandan enerjiyi nasıl ödünç alır?
Temel kuramlar
- Elektrokimyasal denge ve Nernst potansiyeli
- Bir iyon, membran voltajının konsantrasyon gradyanını tam olarak dengelediği zaman, Nernst potansiyeli ile tanımlanan bir membran boyunca dengededir; net akış yalnızca gerçek voltaj bu değerden farklı olduğunda meydana gelmektedir.
- Sabit alan elektrodifüzyonu
- Goldman'ın sabit alan yaklaşımı, bir membran boyunca iyon akışını düzgün bir elektrik alanındaki difüzyon olarak modellemekte, akım–voltaj ilişkilerini ve çoklu geçirgen iyonlar tarafından belirlenen dinlenme potansiyelini ortaya koymaktadır.
Mekanizmalar
Her çözünen madde, konsantrasyon terimini ve iyonlar için membran voltajının elektriksel enerjisini birleştiren bir elektrokimyasal potansiyel taşımaktadır; pasif taşıma onu bu gradyan boyunca hareket ettirir ve dengede durur. Kanallar bu tür elektrodifüzyona izin vermektedir ve bu durum, birçok iyon için sabit alan modeliyle iyi bir şekilde tanımlanmaktadır. Çözünen maddeleri gradyanlarına karşı hareket ettirmek için, birincil aktif taşıyıcılar konformasyonel bir döngüyü sağlamak üzere ATP'yi hidrolize eder (veya ışık ya da redoks enerjisi kullanır), ikincil aktif taşıyıcılar ise bir çözünen maddenin gradyanına karşı hareketini başka bir çözünen maddenin gradyanı boyunca akışına bağlayarak, ATP'yi doğrudan kullanmak yerine depolanmış gradyanı harcamaktadır.
Klinik önem
Taşıma enerjetiği, hücresel iyon homeostazının, besin alımının ve taşınımı hedefleyen ilaçların etkisinin temelini oluşturmakta olup, klinik reçetelerden ziyade ilgili fizyoloji için eğitsel bir temel sağlamaktadır.
Tarihçe
Nernst'in denge ilişkisi ve Goldman'ın 1943 sabit alan teorisi pasif iyon hareketini nicelendirirken, Skou'nun 1950'lerin sonlarında sodyum–potasyum ATPaz'ı keşfi, bu pasif akışların tükettiği gradyanları koruyan moleküler pompayı tanımlamıştır.
Öne çıkan isimler
- David Goldman
- Walther Nernst
- Jens Christian Skou
İlgili konular
Temel eserler
- goldman1943
- hille2001
Sıkça sorulan sorular
- Elektrokimyasal gradyan nedir?
- Bir iyon üzerindeki, hem membran boyunca konsantrasyon farkından hem de membran voltajından kaynaklanan birleşik itici güçtür; taşıma, iyonu bu birleşik gradyan boyunca hareket ettirme eğilimindedir.
- Aktif taşıma bir kanaldan nasıl farklıdır?
- Bir kanal, çözünen maddelerin gradyanları boyunca pasif olarak akmasına izin verirken, aktif taşıma, çözünen maddeleri gradyanlarına karşı hareket ettirmek için enerji kullanmaktadır—bu enerji doğrudan ATP'den sağlanabilir veya başka bir gradyandan ödünç alınabilir.