Download
1 / 109
1.09k likes | 1.38k Views
מערכות טרנספורט. ממברנת התא מפרידה בין הסביבה התוך תאית לבין הסביבה החוץ תאית. חומרים חשובים הדרושים לתפקוד ומבנה התא אינם יכולים לחדור דרך הממברנה בחופשיות. מדוע? אחת התכונות החשובות של ממברנת התא: חדירות סלקטיבית. למה הכוונה?. חלוקת תהליכי הטרנספורט.
E N D
מערכות טרנספורט • ממברנת התא מפרידה בין הסביבה התוך תאית לבין הסביבה החוץ תאית. • חומרים חשובים הדרושים לתפקוד ומבנה התא אינם יכולים לחדור דרך הממברנה בחופשיות. • מדוע? • אחת התכונות החשובות של ממברנת התא: חדירותסלקטיבית. • למה הכוונה?
חלוקת תהליכי הטרנספורט • ניתן לחלק את המנגנון שדרכו מולקולות ויונים עוברים את הממברנה לשתי קטגוריות כלליות: • מעבר פסיבי • מעבר אקטיבי • למה הכוונה?
חלוקת תהליכי הטרנספורט • ניתן לחלק את תהליכי הטרנספורט גם לפי המנגנון המעורב: • דיפוזיה: נובעת מתנועה אקראית והתנגשויות של יונים ומולקולות. זהו תהליך פסיבי. • פילטרציה: כאשר לחץ הידרוסטטי לוחץ נוזל ומומסים דרך או מעבר למחסום ממברנלי. זהו תהליך פסיבי. • טרנספורט בתיווך נשאים: תהליך המתרחש הודות לנוכחות חלבונים אינטגראליים ספציפיים. זה יכול להיות פסיבי או אקטיבי, תלוי בחומר המועבר. • טרנספורט של ויזיקולות: בסוג בזה של טרנספורט יש תנועה של חומרים בתוך שלפוחיות. זהו תהליך אקטיבי.
דיפוזיה (Diffusion) • יונים ומולקולות נמצאים בתנועה מתמדת, מתנגשים אחד בשני, התנועה היא אקראית (בכל כיוון). • אחת מהתוצאות של תנועה זו, היא שעם הזמן מולקולות שנמצאות בכל חלל או מרחב, נוטות להתפזר במידה שווה או אחידה. • פיזור זה נקרא דיפוזיה. בתהליך זה יש מעבר נטו של חומר מהריכוז הגבוה לריכוז הנמוך. • כל אחד מאיתנו התנסה בדיפוזיה. תן דוגמאות? • תהליך הדיפוזיה חשוב בתוך נוזלי הגוף: הוא נוטה לבטל מפל מקומי של ריכוזים.
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • 1) מרחק: מפל הריכוזים מתבטל במהירות כאשר המרחק הוא קצר. ככל שהמרחק יותר גדול, נדרש יותר זמן על מנת שהתהליך יתבצע. • בגוף האדם מרחק הדיפוזיה בדרך כלל קצר. • 2) גודל המפל: ככל שמפל הריכוזים יותר גדול, מהירות התהליך יותר גדולה. • דוגמאות: כאשר התאים הופכים ליותר פעילים, ריכוז החמצן התוך תאי יורד. • לכן זה מגביר את מפל הריכוזים בין תוך התא (ריכוז נמוך) לבין חוץ התא (ריכוז גבוה).
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • דוגמה נוספת: כל תא בגוף מייצר CO2 עקב תהליכים מטבוליים. לכן ריכוזו בתוך התא הוא גבוה. • ריכוז CO2 בנוזל החוץ תאי הוא נמוך, ועוד יותר נמוך בזרם הדם. • ממברנת התא חדירה בצורה חופשית ל CO2 בגלל שהיא מולקולה קטנה ולא טעונה. • לכן CO2 יכול לנוע בכיוון מפל הריכוזים: מתוך התא, לנוזל הבין רקמתי, לזרם הדם, עד להגעתו לריאות.
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • 3) גודל המולקולה: יונים ומולקולות קטנות כגון O2, CO2, ומים עוברים בצורה יותר מהירה מחומרים יותר גדולים. • 4) טמפרטורה: ככל שהיא יותר גבוהה, תהליך הדיפוזיה יותר מהיר. • תהליך הדיפוזיה מתרחש בגוף שלנו בצורה יותר מהירה מאשר בטמפרטורת הסביבה. • תהליך זה מתרחש בגוף בצורה יותר מהירה במצב של עליית חום, מאשר בטמפרטורה רגילה.
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • 5) כוחות חשמליים: תוך התא מכיל מטען שלילי יחסית לחוץ התא. • מטענים מנוגדים נמשכים אחד לשני. • מטענים דומים דוחים אחד את השני. • המטען השלילי בתוך התא נוטה למשוך מטען חיובי מחוץ לתא. • המטען השלילי בתוך התא נוטה להתנגד לכניסת יונים שליליים.
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • דוגמאות: הנוזל החוץ תאי מכיל ריכוז גבוה של נתרן וכלוריד מאשר הנוזל התוך תאי. • לגבי נתרן: גם מפל הריכוזים (מפל כימי: Chemical gradient) וגם המפל החשמלי מאפשרים לנתרן להיכנס לתוך התא. • לגבי כל יון התוצאה נטו של המפל הכימי ושל המפל החשמלי שפועלים עליו נקרא מפל אלקטרוכימי. • המשמעות היא שהמפל האלקטרוכימי הוא בכיוון הכנסת נתרן לתוך התא. • מדוע?
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה
הגורמים המשפיעים על תהליך הדיפוזיה • מה לגבי הטרנספורט של כלוריד, ושל אשלגן? • איזה מפל דוחף את הכלוריד לתוך התא? • איזה מפל מתנגד לזה? • איזה מפל דוחף את האשלגן מתוך התא אל מחוץ לתא? • איזה מפל מתנגד לזה?
דיפוזיה דרך ממברנת התא • אם קיים מפל אלקטרוכימי לגבי יון מסוים, או לגבי מולקולה מסוימת, המעבר של החומר במצב זה תלוי במידת המסיסות שלו בשומן ובגודל שלו. • אלכוהול, חומצות שומן, וסטירואידים יכולים לעבור את הממברנה בקלות, היות והם יכולים לעבור דרך החלק הלפידי של הממברנה. • מדוע? • גם גזים, כמו חמצן ו CO2 ותרופות המתמוססות טוב בלפיד חודרים לתוך התא, דרך השכבה הלפידית של הממברנה. • מדוע?
דיפוזיה דרך ממברנת התא • יונים ורוב החומרים המתמוססים טוב במים (חומרים הידרופיליים) אינם מתמוססים טוב בשומן. • לכן הם חודרים דרך תעלות או נשאים ממברנליים על מנת להיכנס לציטופלסמה. • דרך התעלות אלה (קוטר מאוד קטן, כמעט 0.8 nm ) עוברים בצורה ספציפית נתרן, אשלגן, סידן, מימן, וכלוריד. • כל יון עובר דרך התעלה הספציפית שלו. • למה הכוונה?
אוסמוזה (Osmosis) • התנועה נטו של מים דרך ממברנה היא כל כך חשובה, לכן היא קיבלה את השם המיוחד אוסמוזה (:Osmos צימאון). • לכן אוסמוזה הוא תהליך שמתאר תנועת מים, ואילו דיפוזיה הוא מושג שמתאר תנועה של מומסים. • הנוזל החוץ תאי והנוזל התוך תאי מכילים חומרים שונים המומסים בנוזלים אלה. • לכל חומר מומס יש את הנטייה לנוע בדיפוזיה, כאילו היה החומר המומס היחיד. • למה הכוונה?
אוסמוזה • למשל דיפוזיה של נתרן מתרחשת רק בתגובה למפל הריכוזים של נתרן. • מפל הריכוזים של כל יון אחר אין לו השפעה על קצב או על כיוון הדיפוזיה של נתרן. • חלק מהחומרים המומסים (Solutes) עוברים בדיפוזיה לתוך הציטופלסמה, אחרים מתוך הציטופלסמה בכיוון הנוזל החוץ תאי. • מולקולות מעטות ,כמו חלבונים למשל, אין להן את היכולת לעבור דרך ממברנת התא בכלל. • מדוע?
אוסמוזה • אבל, אם נתעלם מהזהות של כל יון בנפרד, ונספור בצורה פשוטה יונים ומולקולות, אפשר לראות שהריכוז הכללי של יונים ומולקולות משני הצדדים של הממברנה נשאר אותו דבר. • מדוע נשמר המצב הזה של שיווי משקל? • זה נשמר בגלל שממברנה טיפוסית חדירה בצורה חופשית למים. • כאשר יש מפל של ריכוזים לחומר מסוים (מפל ריכוזים של מומס), אז יש מפל ריכוזים של מים. • מדוע? • היות וחומרים מומסים תופסים מרחב (מקום) שהיה אמור להיתפס ע"י מים.
אוסמוזה • לכן המקום שיש בו ריכוז גדול של מומס, הוא המקום שבו ריכוז המים נמוך. • וההפך: מקום שיש בו ריכוז המומס יותר נמוך, זה המקום שבו ריכוז המים יותר גדול. • כתוצאה מכך מולקולות מים נוטות לעבור בדיפוזיה דרך הממברנה בכיוון התמיסה שבה ריכוז המומסים יותר גדול. • מדוע? כי זה המקום שבו ריכוז המים יותר נמוך. • מים עוברים ממקום לאחר בהתאם למפל הריכוזים שלהם.
אוסמוזה • בכל מה שקשור לאוסמוזה צריך לזכור שלוש תכונות: • א) אוסמוזה היא הדיפוזיה של מולקולות מים דרך ממברנה. • ב) אוסמוזה מתרחשת דרך ממברנה שהיא חדירה בצורה סלקטיבית: חדירה בצורה חופשית למים אבל לא למומסים. • חומר מומס אחד לפחות אינו חודר דרך הממברנה. • ג) בתהליך האוסמוזה מים עוברים את הממברנה בכיוון התמיסה שבה ריכוז המומס יותר גדול. • היות וזה המקום שבו ריכוז המים יותר נמוך.
אוסמוזה והלחץ האוסמוטי • כאשר יש שתי תמיסות המופרדות ע"י ממברנה סלקטיבית, ובתמיסה אחת ריכוז המומסים יותר גדול, מים ינועו בכיוון התמיסה המרוכזת. • תהליך זה יימשך עד שריכוז המומסים בשתי התמיסות יהיה זהה. • נפח התמיסה שאליה המים מגיעים עולה, בעוד שנפח התמיסה שממנה המים מגיעים יורד. • ככל שההבדל ההתחלתי בריכוזים יותר גדול, כך תגדל הזרימה האוסמוטית. אבל הנפח של הנוזל לא יכול לגדול עד אין סוף. • זאת בגלל שבתמיסה המרוכזת מתפתח לחץ שמונע מעבר של מים בתהליך האוסמוזה.
אוסמוזה והלחץ האוסמוטי • הלחץ שצריך להפעיל אותו כנגד זרימת המים נקרא לחץ הידרוסטטי: לחץ שמתנגד למעבר של מים לתמיסה מרוכזת. • כל נפח של נוזל יוצר לחץ הידרוסטטי, לחץ שפועל כנגד דופן. • בשלב מסוים (מצב של שיווי משקל) הלחץ ההידרוסטטי בתוך התא שווה לכוח המניע את כניסת המים בדיפוזיה. • במצב של שיווי משקל, מספר מוליקולות המים שעוברות משמאל לימין (בתמונה) בתהליך האוסמוזה, שווה למספר מוליקולות המים שעוברות מימין לשמאל בגלל הלחץ ההידרוסטטי. • לכן במצב זה -נטו- אין זרימה אוסמוטית.
אוסמוזה והלחץ האוסמוטי • לכן הלחץ ההידרוסטטי מונע גידול נוסף בנפח התא. • לחץ זה נקרא לחץ אוסמוטי: Osmotic pressure. • זהו הלחץ שצריך להפעיל על מנת למנוע אוסמוזה. • הלחץ האוסמוטי של תמיסה הוא אינדקציה למידה או לכוח תנועת המים לתמיסה זו, כתוצאה מריכוז המומסים הגדול שלה. • למה הכוונה?
השפעת הלחץ האוסמוטי של תמיסה על תאים: תמיסה איזוטונית • הריכוז הכללי של מומסים בתמיסה מימית הוא הריכוז האוסמוטי של התמיסה או האוסמולריות שלה. • אם התמיסה לא גורמת לזרימה של מים (או זרימה אוסמוטית) לתוך התא, או מן התא החוצה, התמיסה נקראת איזוטונית: Isotonic (Isotonic : אותו לחץ). • שני נוזלים שיש להם אותו לחץ הם איזוטוניים אחד לשני. • מה יקרה לכדוריות דם אדומות בתמיסה איזוטונית? • במצב זה אין כניסת מים לתא, או יציאת מים מן התא. • האריתרוציט שומר על הצורה שלו.
השפעת הלחץ האוסמוטי של תמיסה על תאים: תמיסה היפוטונית • מה יקרה לאריתרוציט אם נשים אותו בתמיסה היפוטונית? • מה יקרה לאריתרוציט -למשל- אם נשים אותו במים מזוקקים? • מים ייכנסו לתוך התא, תהליך שגורם להתנפחות שלו. • מדוע? • התא יכול להתפוצץ ולשחרר את התוכן שלו. • תהליך זה נקרא המוליזה: Hemolysis.
השפעת הלחץ האוסמוטי של תמיסה על תאים: תמיסה היפרטונית • מה יקרה לארותרוציט אם נשים אותו בתמיסה היפרטונית? • מה יקרה לארותרוציט -למשל- בתמיסה של מים שמקורם מים המלח? • התא מאבד מים ע"י תהליך אוסמוזה. • מדוע? • התא עובר הצטמקות, עובר דה-הידרציה (התייבשות, חוסר נוזלים). • תהליך זה נקרא Crenation.
תמיסות איזוטוניות:חשיבות קלינית • הנפח והלחץ של תאי הגוף נשמר בערכים קבועים. • היות והלחץ האוסמוטי בתוך התא שווה ללחץ האוסמוטי בנוזל החוץ תאי (אותו לחץ: איזוטוני). • יש לזה משמעות חשובה. לפעמים בן אדם מאבד הרבה נוזלים, אחרי התייבשות, או איבוד דם. • לכן צריך להכניס לגוף הרבה נוזל. • אחד הנוזלים שנותנים במצב זה הוא 0.9% של NaCl (0.9 גרם של מלח ב 100 מ"ל של מים).
תמיסות איזוטוניות:חשיבות קלינית • ריכוז המומסים בתמיסה הזו הוא כמו ריכוז המומסים בנוזל החוץ תאי. • תמיסה זו נקראת normal saline. • משתמשים בה היות ונתרן וכלוריד הם היונים הנפוצים ביותר בנוזל החוץ תאי. • לכן תמיסה זו היא איזוטונית יחסית לתאים בגוף. • טיפול אלטרנטיבי הוא תמיסה המכילה 5% dextran.
חלוקת תהליכי הטרנספורט • ניתן לחלק את תהליכי הטרנספורט גם לפי המנגנון המעורב: • דיפוזיה: נובעת מתנועה אקראית והתנגשויות של יונים ומולקולות. זהו תהליך פסיבי. • פילטרציה: כאשר לחץ הידרוסטטי לוחץ נוזל ומומסים דרך או מעבר למחסום ממברנלי. זהו תהליך פסיבי. • טרנספורט בתיווך נשאים: תהליך המתרחש הודות לנוכחות חלבונים אינטגראליים ספציפיים. זה יכול להיות פסיבי או אקטיבי, תלוי בחומר המועבר. • טרנספורט של ויזיקולות: בסוג בזה של טרנספורט יש תנועה של חומרים בתוך שלפוחיות. זהו תהליך אקטיבי.
סינון (Filtration) • בתהליך הפילטרציה לחץ הידרוסטטי דוחף את המים מעבר לממברנה. • יחד עם המים מועברים גם חומרים אחרים, אם הם יותר קטנים מהתעלות (pores) שבממברנה. • בגוף שלנו הלב דוחף את הדם דרך המערכת הקרדיווסקולארית, תוך כדי יצירת לחץ הידרוסטטי. • תהליך הפילטרציה דרך דופן הקפילרות (שהן כלי הדם העדינים ביותר) דוחף מים ומומסים לתוך הרקמות בגוף. • פילטרציה דרך כלי דם בכליה הינו תהליך חיוני ביצירת שתן.
חלוקת תהליכי הטרנספורט • ניתן לחלק את תהליכי הטרנספורט גם לפי המנגנון המעורב: • דיפוזיה: נובעת מתנועה אקראית והתנגשויות של יונים ומולקולות. זהו תהליך פסיבי. • פילטרציה: כאשר לחץ הידרוסטטי לוחץ נוזל ומומסים דרך או מעבר למחסום ממברנלי. זהו תהליך פסיבי. • טרנספורט בתיווך נשאים: תהליך המתרחש הודות לנוכחות חלבונים אינטגראליים ספציפיים. זה יכול להיות פסיבי או אקטיבי, תלוי בחומר המועבר. • טרנספורט של ויזיקולות: בסוג בזה של טרנספורט יש תנועה של חומרים בתוך שלפוחיות. זהו תהליך אקטיבי.
טרנספורט בתיווך נשאים: סוגים • בתהליך הטרנספורט בתיווך נשאים, חלבונים אינטגראליים קושרים יונים ספציפיים או חומרים אורגניים ונושאים אותם דרך ממברנת התא. • ישנם שני סוגים של טרנספורט ע"י נשאים: • א) דיפוזיה מזורזת (facilitated diffusion). • ב) טרנספורט אקטיבי.
דיפוזיה מזורזת • דיפוזיה מזורזת: • הרבה חומרי מזון חשובים כמו גלוקוז וחומצות אמיניות אינם מתמוססים טוב בלפיד. • הם גם יותר מדי גדולים על מנת לעבור דרך תעלות. • חומרים אלה מועברים דרך הממברנה בצורה פסיבית בתהליך שנקרא facilitated diffusion. • האם יש צורך בהשקעה של אנרגיה בטרנספורט זה? • מדוע?
דיפוזיה מזורזת • המולקולה המועברת נקשרת קודם לאתר קישור בנשא. • האם יש ספיציפיות בתהליך הזה? • כתוצאה מכך צורת הנשא משתנה. • שינוי זה מאפשר להעביר את המולקולה לתוך החלק הפנימי של ממברנת התא. • לאחר מכן המולקולה משתחררת בתוך הציטופלסמה.
דיפוזיה מזורזת • טרנספורט גלוקוז מזרם הדם לתוך התאים הוא דוגמה לדיפוזיה מזורזת. • למשל הGlucose Transporters (GLUT) הם נשאים לגלוקוז שנמצאים ברקמות השונות, כמו שריר שלד. • בתאים ללא הפעלה רוב ה GLUT נמצאים בציטופלסמה. • עקב הפעלה ע"י insulin או מאמץ, הנשאים עוברים לממברנה. • לכן יותר גלוקוז נכנס מזרם הדם לתוך הרקמה.
תכונות הדפוזיה המזורזת • דיפוזיה מזורזת מאופיינת ע"י התכונות הבאות: • א) ספציפיות: כלנשאקושר בממברנת התא רק חומר מסוים. • למשל נשאי הגלוקוז לא מעבירים סוכר אחר. • ב) רוויה (Saturation):הזמינות של נשאים מגבילה את קצב הטרנספורט. • כאשר הנשאים מופעלים בצורה מקסימאלית, המשמעות היא שהם עברו רוויה. • במצב זה, קצב הטרנספורט לא יכול לעלות, בלי קשר לגודל של מפל הריכוזים.
