Könnyített diffúzió - Facilitated diffusion
A megkönnyített diffúzió (más néven megkönnyített transzport vagy passzív mediált transzport ) a molekulák vagy ionok spontán passzív transzportja (szemben az aktív transzporttal ) egy biológiai membránon keresztül specifikus transzmembrán integrális fehérjéken keresztül . Mivel a passzív, megkönnyített szállítás nem igényel közvetlenül kémiai energiát az ATP hidrolíziséből a szállítási lépésben; a molekulák és az ionok diffúziós jellegét tükröző koncentrációs gradiensben lefelé mozognak.
A megkönnyített diffúzió több szempontból is különbözik az egyszerű diffúziótól .
- a szállítás a rakomány és a membránba ágyazott csatorna vagy hordozófehérje közötti molekuláris kötődésre épül.
- a megkönnyített diffúzió sebessége telíthető a két fázis közötti koncentrációkülönbséghez képest; ellentétben a szabad diffúzióval, amely lineáris a koncentrációkülönbségben.
- a megkönnyített szállítás hőmérsékletfüggése lényegesen különbözik az aktivált kötési esemény jelenléte miatt, összehasonlítva a szabad diffúzióval, ahol a hőmérséklet függése enyhe.
A poláris molekulák és a vízben oldott nagy ionok nem tudnak szabadon diffundálni a plazmamembránon a lipid kettősréteget tartalmazó foszfolipidek zsírsavfarkának hidrofób jellege miatt . Csak a kisméretű, nem poláris molekulák, például az oxigén és a szén-dioxid tudnak könnyen diffundálni a membránon. Ezért a kis poláris molekulákat fehérjék transzmembrán csatornák formájában szállítják. Ezek a csatornák zártak, vagyis nyitnak és zárnak, és így szabályozzák az ionok vagy kis poláris molekulák áramlását a membránokon , néha az ozmotikus gradiens ellen. A nagyobb molekulákat transzmembrán hordozófehérjék, például permeázok szállítják , amelyek megváltoztatják konformációjukat a molekulák átvitelével (pl. Glükóz vagy aminosavak ). A nem poláris molekulák, például a retinol vagy a lipidek , vízben rosszul oldódnak. Ezeket vízben oldódó hordozók (pl. Retinol-kötő fehérje ) szállítják a sejtek vizes részén vagy az extracelluláris térben . A metabolitok nem változnak, mert a könnyű diffúzióhoz nincs szükség energiára. Csak a permeáz változtatja alakját a metabolitok szállítása érdekében. A sejtmembránon keresztül történő szállítás formáját, amelyben egy metabolit módosul, csoporttranszlokációs transzportnak nevezzük .
A glükóz-, nátrium- és kloridionok csak néhány példa a molekulákra és ionokra, amelyeknek hatékonyan kell áthaladniuk a plazmamembránon, de amelyek számára a membrán lipid kettősrétege gyakorlatilag nem áteresztő. Szállításukat tehát olyan fehérjéknek kell „megkönnyíteniük”, amelyek átfedik a membránt, és alternatív útvonalat vagy bypass mechanizmust biztosítanak. Néhány példa a fehérjékre, amelyek ezt a folyamatot közvetítik: glükóz transzporterek , szerves kationtranszport fehérjék , karbamid transzporter , monokarboxilát transzporter 8 és monokarboxilát transzporter 10 .
A megkönnyített diffúzió in vivo modellje
Sok fizikai és biokémiai folyamatot diffúzió szabályoz . A megkönnyített diffúzió a diffúzió egyik formája, és számos anyagcsere -folyamatban fontos. A megkönnyített diffúzió a fő mechanizmus a transzkripciós faktorok (TF) a DNS -molekula kijelölt célhelyeihez való kötődése mögött . Az élő sejten kívül zajló in vitro modell, amely egy nagyon jól ismert módszer a megkönnyített diffúzióra, megmagyarázza a citoszol diffúziójának háromdimenziós mintázatát és a DNS-kontúr mentén az 1 dimenziós diffúziót. A sejten kívüli folyamatok kiterjedt kutatásának elvégzése után ezt a mechanizmust általánosan elfogadták, de szükség volt annak ellenőrzésére, hogy ez a mechanizmus megtörténhet -e in vivo vagy az élő sejteken belül. Bauer & Metzler (2013) ezért egy kísérletet hajtott végre egy bakteriális genom felhasználásával, amelyben megvizsgálták a TF - DNS kötődésének átlagos idejét. A folyamat elemzése után, hogy mennyi ideig tart a TF -ek diffúziója a baktérium DNS kontúrján és citoplazmáján, arra a következtetésre jutottak, hogy az in vitro és in vivo hasonlóak, mivel a TF -ek és a DNS -hez való asszociációs és disszociációs arányai hasonlóak. mindkettőben. Ezenkívül a DNS -kontúron a mozgás lassabb, és a célpontok könnyen lokalizálhatók, míg a citoplazmában a mozgás gyorsabb, de a TF -ek nem érzékenyek a célpontokra, így a kötés korlátozott.
Intracelluláris megkönnyített diffúzió
Az egymolekulás képalkotás olyan képalkotó technika, amely ideális felbontást biztosít a transzkripciós faktor kötő mechanizmusának tanulmányozásához az élő sejtekben. A prokarióta baktériumok sejtekben, mint például az E. coli , facilitált diffúzió van szükség ahhoz, hogy a szabályozó proteinek, hogy keresse meg, és kötődnek célhellyel DNS bázispár. Két fő lépésről van szó: a fehérje kötődik a DNS nem specifikus helyéhez, majd diffundál a DNS-lánc mentén, amíg meg nem találja a célhelyet, ezt a folyamatot csúszásnak nevezik. Brackley és mtsai. (2013), a fehérjecsúszás folyamata során a fehérje a DNS-lánc teljes hosszában átvizsgálja a 3-D és az 1-D diffúziós mintákat. Során 3-D diffúziós, a magas előfordulási Crowder fehérjék ozmózis nyomást hoz létre, amely lehetőséget nyújt kereső fehérjék (pl lac represszort) közelebb a DNS, hogy növeljék a vonzás, és lehetővé teszi számukra, hogy kötődnek, valamint a sztérikus hatás , amelyek kizárják a Crowder fehérjék ez a régió (Lac operátor régió). A blokkoló fehérjék csak az 1-D diffúzióban vesznek részt, azaz kötődnek és diffundálnak a DNS kontúr mentén, nem pedig a citoszolban.
A fehérjék megkönnyített diffúziója kromatinon
A fent említett in vivo modell egyértelműen megmagyarázza a 3-D és 1-D diffúziót a DNS-szál mentén, és a fehérjék kötődését a lánc célhelyeihez. Csakúgy, mint a prokarióta sejtek, az eukariótákban is megkönnyíti a diffúziót a kromatinszálak nukleoplazmájában , amelyet egy fehérje kapcsolási dinamikája magyaráz, amikor vagy kromatinszálhoz kötődik, vagy szabadon diffundál a nukleoplazmában. Ezenkívül, tekintettel arra, hogy a kromatin molekula töredezett, figyelembe kell venni fraktál tulajdonságait. Miután kiszámítottuk a célfehérje keresési idejét, váltakozva a kromatin fraktál szerkezetének 3-D és 1-D diffúziós fázisai között, arra a következtetésre jutottunk, hogy az eukariótákban elősegített diffúzió előidézi a keresési folyamatot és minimalizálja a keresési időt a DNS növelésével. fehérje affinitás.
Az oxigénért
Az oxigén affinitása a hemoglobin a vörösvérsejtek felületek fokozza ezt a kötési képesség. Az oxigén diffúziójának megkönnyített rendszerében szoros kapcsolat van a ligandum, amely oxigén, és a hordozó között, amely vagy hemoglobin, vagy mioglobin . Wittenberg és Scholander fedezte fel és kezdeményezte ezt a mechanizmust, amely megkönnyíti az oxigén diffúzióját hemoglobin vagy mioglobin által. Kísérleteket végeztek, hogy megvizsgálják az oxigén diffúziós állapotát különböző nyomáson. Az oxigén által elősegített diffúzió homogén környezetben történik, ahol az oxigénnyomás viszonylag szabályozható. Ahhoz, hogy az oxigén diffúzió bekövetkezzen, a membrán egyik oldalán teljes telítési nyomásnak (több) és a membrán másik oldalán teljes csökkentett nyomásnak (kisebbnek) kell lennie, azaz a membrán egyik oldalának magasabb koncentrációjúnak kell lennie. A megkönnyített diffúzió során a hemoglobin növeli az oxigén állandó diffúziójának sebességét, és megkönnyíti a diffúziót, amikor az oxihemoglobin molekula véletlenszerűen elmozdul.
Szén -monoxidhoz
A szén -monoxid megkönnyített diffúziója hasonló az oxigénhez. A szén -monoxid a hemoglobinnal és a mioglobinnal is kombinálódik, de a szén -monoxid disszociációs sebessége 100 -szor kisebb, mint az oxigéné. A mioglobinhoz való affinitása 40 -szer nagyobb, a hemoglobinhoz pedig 250 -szer nagyobb, mint az oxigén.
A glükózra
Mivel a glükóz nagy molekula, a membránon keresztüli diffúziója nehéz. Ezért a membránokon keresztül diffundál a megkönnyített diffúzió révén, lefelé a koncentrációgradiensben . A membránon lévő hordozófehérje kötődik a glükózhoz és megváltoztatja alakját, hogy könnyen szállítható legyen. A glükóz bejutása a sejtbe gyors vagy lassú lehet a membránon átívelő fehérjék számától függően. Ez szállítja a koncentrációgradienssel szemben egy függő glükóz szimporter amely hajtóerőt más glükóz-molekulákat a sejtekben. Megkönnyítette elterjedését segíti a kiadás felhalmozódott glükóz extracelluláris térbe szomszédos vér kapilláris .