Kiini ni kitengo cha miundo ya viumbe vyote kwenye sayari yetu na mfumo huria. Hii ina maana kwamba maisha yake yanahitaji kubadilishana mara kwa mara ya suala na nishati na mazingira. Ubadilishanaji huu unafanywa kwa njia ya membrane - mpaka kuu wa seli, ambayo imeundwa ili kuhifadhi uadilifu wake. Ni kupitia utando kwamba kimetaboliki ya seli hufanyika na huenda pamoja na gradient ya mkusanyiko wa dutu, au dhidi yake. Usafiri amilifu kuvuka utando wa sitoplasmic ni mchakato changamano na unaotumia nishati nyingi.
Membrane - kizuizi na lango
Membrane ya cytoplasmic ni sehemu ya seli nyingi za seli, plastidi na mijumuisho. Sayansi ya kisasa inategemea mfano wa mosai ya maji ya muundo wa membrane. Usafirishaji hai wa vitu kwenye membrane inawezekana kwa sababu yakejengo maalum. Msingi wa utando huundwa na bilayer ya lipid - hasa phospholipids iliyopangwa kwa mujibu wa mali zao za hydrophilic-hydrophobic. Sifa kuu za lipid bilayer ni fluidity (uwezo wa kupachika na kupoteza tovuti), kujitegemea, na asymmetry. Sehemu ya pili ya utando ni protini. Kazi zao ni tofauti: usafiri amilifu, mapokezi, uchachushaji, utambuzi.
Protini ziko juu ya uso wa utando na ndani, na baadhi yao hupenya mara kadhaa. Sifa ya protini kwenye utando ni uwezo wa kuhama kutoka upande mmoja wa utando hadi mwingine ("flip-flop" jump). Na sehemu ya mwisho ni minyororo ya saccharide na polysaccharide ya wanga kwenye uso wa utando. Utendaji wao bado una utata hadi leo.
Aina za usafirishaji amilifu wa dutu kwenye utando
Inayotumika itakuwa uhamishaji wa dutu kupitia membrane ya seli, ambayo inadhibitiwa, hutokea kwa gharama ya nishati na kwenda kinyume na gradient ya mkusanyiko (vitu huhamishwa kutoka eneo la mkusanyiko wa chini hadi eneo la mkusanyiko wa juu). Kulingana na chanzo gani cha nishati kinachotumika, njia zifuatazo za usafiri zinajulikana:
- Chanzo cha nishati - hidrolisisi ya adenosine triphosphoric acid ATP hadi adenosine diphosphoric acid ADP).
- Inayotumika ya pili (hutolewa kwa nishati ya pili iliyoundwa kutokana na taratibu za usafirishaji amilifu wa dutu).
Protini-wasaidizi
Katika hali ya kwanza na ya pili, usafiri hauwezekani bila proteni za mtoa huduma. Protini hizi za usafiri ni maalum sana na zimeundwa kubeba molekuli fulani, na wakati mwingine hata aina fulani za molekuli. Hii ilithibitishwa kimajaribio juu ya jeni za bakteria zilizobadilishwa, ambayo ilisababisha kutowezekana kwa usafiri amilifu kwenye utando wa kabohaidreti fulani. Protini za kisafirishaji cha Transmembrane zinaweza kujisafirisha zenyewe (zinaingiliana na molekuli na kuzibeba moja kwa moja kwenye utando) au kutengeneza chaneli (huunda vinyweleo kwenye utando ambao umefunguliwa kwa vitu maalum).
pampu ya sodiamu na potasiamu
Mfano uliochunguzwa zaidi wa uhamishaji amilifu wa msingi wa dutu kwenye utando ni Na+ -, K+ -pampu. Utaratibu huu unahakikisha tofauti katika viwango vya Na+ na K+ ions pande zote mbili za membrane, ambayo ni muhimu kudumisha shinikizo la osmotic katika seli na michakato mingine ya kimetaboliki. Protini ya kibeba transmembrane, ATPase ya sodiamu-potasiamu, ina sehemu tatu:
- Upande wa nje wa utando wa protini kuna vipokezi viwili vya ayoni za potasiamu.
- Kuna vipokezi vitatu vya ioni ya sodiamu ndani ya utando.
- Sehemu ya ndani ya protini ina shughuli ya ATP.
Ioni mbili za potasiamu na ayoni tatu za sodiamu zinapofungamana na vipokezi vya protini kila upande wa membrane, shughuli ya ATP huwashwa. Molekuli ya ATP hutiwa hidrolisisi hadi ADP na kutolewa kwa nishati, ambayo hutumiwa katika usafirishaji wa ioni za potasiamu.ndani, na ioni za sodiamu nje ya membrane ya cytoplasmic. Inakadiriwa kuwa ufanisi wa pampu hiyo ni zaidi ya 90%, ambayo yenyewe ni ya kushangaza kabisa.
Kwa marejeleo: Ufanisi wa injini ya mwako wa ndani ni takriban 40%, umeme - hadi 80%. Inafurahisha, pampu pia inaweza kufanya kazi kwa mwelekeo tofauti na kutumika kama mtoaji wa fosforasi kwa usanisi wa ATP. Kwa seli zingine (kwa mfano, neurons), hadi 70% ya nishati yote hutumiwa kuondoa sodiamu kutoka kwa seli na kusukuma ioni za potasiamu ndani yake. Pampu za kalsiamu, klorini, hidrojeni na cations zingine (ioni zilizo na malipo chanya) hufanya kazi kwa kanuni sawa ya usafirishaji hai. Hakuna pampu kama hizo ambazo zimepatikana kwa anions (ioni zenye chaji hasi).
Usafirishaji wa wanga na amino asidi
Mfano wa usafirishaji amilifu wa pili ni uhamishaji wa glukosi, amino asidi, iodini, chuma na asidi ya mkojo hadi kwenye seli. Kama matokeo ya uendeshaji wa pampu ya potasiamu-sodiamu, gradient ya viwango vya sodiamu huundwa: mkusanyiko ni wa juu nje, na chini ndani (wakati mwingine mara 10-20). Sodiamu huelekea kuenea kwenye seli na nishati ya uenezaji huu inaweza kutumika kusafirisha vitu nje. Utaratibu huu unaitwa cotransport au usafiri wa pamoja. Katika kesi hii, protini ya carrier ina vituo viwili vya kupokea nje: moja kwa sodiamu na nyingine kwa kipengele kinachosafirishwa. Tu baada ya uanzishaji wa vipokezi vyote viwili, protini inakabiliwa na mabadiliko ya conformational, na nishati ya kueneasodiamu huleta dutu inayosafirishwa ndani ya seli dhidi ya gradient ya ukolezi.
Thamani ya usafiri amilifu kwa seli
Iwapo usambaaji wa kawaida wa dutu kupitia utando uliendelea kwa muda mrefu kiholela, viwango vyake nje na ndani ya seli vinaweza kusawazisha. Na hii ni kifo kwa seli. Baada ya yote, michakato yote ya biochemical lazima iendelee katika mazingira ya tofauti ya uwezo wa umeme. Bila kazi, dhidi ya gradient ya ukolezi, usafiri wa vitu, niuroni hazingeweza kusambaza msukumo wa ujasiri. Na seli za misuli zingepoteza uwezo wa kusinyaa. Seli isingeweza kudumisha shinikizo la kiosmotiki na ingeanguka. Na bidhaa za kimetaboliki hazitatolewa. Na homoni hazingeingia kwenye damu. Baada ya yote, hata amoeba hutumia nishati na kuleta tofauti inayoweza kutokea kwenye utando wake kwa kutumia pampu zile zile za ioni.
