Filtracja a Transport Bierny: Różnice i Mechanizmy
- Szczegóły
Każda żywa komórka wymaga stałego dopływu substancji ze środowiska zewnętrznego, które są niezbędne do zaspokojenia jej potrzeb. Jednocześnie komórka wytwarza substancje ważne w procesach życiowych oraz te, które są zbędne lub toksyczne. Komórka zachowuje przy tym stały skład chemiczny swego wnętrza.
Znane są dwa mechanizmy transportu przez błonę, które zapewniają przenikanie substancji: transport bierny i transport aktywny.
Transport Bierny
Transport bierny zachodzi zgodnie z różnicą (gradientem) stężeń, dlatego nie wymaga wydatków energetycznych.
Do mechanizmów transportu biernego zaliczamy:
- dyfuzję prostą,
- osmozę,
- dyfuzję ułatwioną.
Dyfuzja Prosta
Dyfuzja prosta jest procesem, który polega na samorzutnym transporcie cząsteczek, mającym na celu wyrównanie stężeń. W obrębie komórki prowadzi do wyrównania stężeń po obu stronach błony biologicznej. W mechanizmie tym przemieszczane są przez błonę substancje o niewielkich wymiarach cząstek i ładunku obojętnym (np. gazy - CO2, O2), a także substancje rozpuszczalne w tłuszczach np. kwasy tłuszczowe, etanol i hormony sterydowe.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Dyfuzja prosta przebiega zgodnie z zasadą dążności do wyrównania stężeń. Cząstki przechodzą przez błonę z obszaru o większym stężeniu do miejsca o stężeniu mniejszym, tym szybciej im wyższa różnica stężeń.
Dyfuzja zachodzi sprawnie na krótkich dystansach (np. w obrębie przedziałów międzykomórkowych), lecz jest zbyt wolna aby zapewnić transport substancji na dłuższych dystansach.
Osmoza
Osmoza jest odmianą dyfuzji, w której przez błonę półprzepuszczalną przenika rozpuszczalnik, aby wyrównać stężenia po obu stronach błony biologicznej. W mechanizmie osmotycznym jest transportowana woda.
Woda przenika z roztworu o mniejszym stężeniu (hipotoniczny) do roztworu o wyższym stężeniu (hipertoniczny). Jeżeli umieści się komórkę w środowisku o wyższym stężeniu, a więc w roztworze hipertonicznym, nastąpi wypływ wody z komórki na zewnątrz. W wyniku tego komórka traci jędrność (turgor). Takie zjawisko obserwuje się w komórkach roślinnych.
Po umieszczeniu komórki roślinnej w roztworze hipertonicznym (np. NaCl), dojdzie do wycieku wody z komórki, a co za tym idzie kurczenie się wakuoli i odstawanie protoplastu od ściany komórkowej. Zjawisko to nosi nazwę plazmoliza. Jest to proces odwracalny, gdyż po umieszczeniu komórki w roztworze hipotonicznym woda napłynie z powrotem do komórki i wróci do stanu prawidłowego uwodnienia. To zjawisko to deplazmoliza.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Jeżeli komórka będzie przechowywana w roztworze hipertonicznym dłuższy czas może dojść do pęknięcia błony komórkowej i rozerwania komórki.
Osmoza jest rodzajem dyfuzji prostej i dotyczy transportu wody. Co za tym idzie, cząsteczki wody będą się przemieszczały z roztworu o wyższej zawartości wody do bardziej stężonego, gdzie zawartość wody (potencjał wodny) jest niższy.
Dyfuzja Ułatwiona
Dyfuzja ułatwiona zachodzi przy udziale białek pomocniczych, które uczestniczą w transporcie jonów i substancji o większych masach cząsteczkowych, nadal zgodnie z gradientem stężeń.
Białka pomocnicze odgrywają rolę przenośników błonowych lub kanałów jonowych. Przenośniki błonowe posiadają w swej strukturze specjalne miejsce, do którego łączy się określona substancja (np. glukoza). Białka, które pełnią funkcje kanałów jonowych odpowiadają za transport takich jonów jak Na+, K+, Cl-, Ca2+. Mamy zatem kanały sodowe, potasowe, chlorkowe i wapniowe.
Transport ten jest sprawny i szybki, odbywa się zgodnie z różnicą stężeń, a także potencjałem błony komórkowej. Potencjał błonowy jest spowodowany nierównomiernym rozmieszczeniem jonów po obu stronach błony.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Po zmianie potencjału błonowego kanały jonowe otwierają się. Zmiana potencjału zachodzi pod wpływem różnych sygnałów np.
Na drodze transportu aktywnego zachodzi np. dopływ glukozy do erytrocytu, hepatocytów i mięśni. Na drodze tego zjawiska zachodzi także transport anionów do erytrocytów.
Dyfuzja ułatwiona (transport bierny nośnikowy) - odbywa się zgodnie z prawami transportu przenośnikowego, bez udziału energii oraz w kierunku gradientu stężeń.
Dyfuzja ułatwiona przebiega z udziałem białka transmembranowego, które prawdopodobnie biorą udział w usunięciu wody hydratacyjnej otaczającej cząsteczkę z jej polarnej strony zanim wniknie ona w warstwę węglowodorową błony.
Filtracja
Filtracja polega na przedostawaniu się przez błonę wody i substancji w niej rozpuszczonych, których średnica jest mniejsza od średnicy porów w błonie. Proces ten zachodzi dzięki różnicy ciśnień hydrostatycznych występujących po obu stronach błony.
Bierna filtracja to proces oddzielania cząstek lub substancji z płynu bez wykorzystania mechanizmów aktywnego transportu lub energii zewnętrznej.
Filtracja w Nerkach
W kontekście medycznym, bierna filtracja najczęściej odnosi się do naturalnego procesu filtracji w nerkach, gdzie krew przepływająca przez kłębuszki nerkowe jest filtrowana pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego.
W procesie biernej filtracji nerkowej, woda i małe cząsteczki, takie jak elektrolity, glukoza i mocznik, swobodnie przechodzą przez błonę filtracyjną kłębuszków nerkowych do torebki Bowmana, tworząc przesącz pierwotny. Większe cząsteczki, takie jak białka osocza i komórki krwi, pozostają w krążeniu.
Ten naturalny proces jest kluczowym etapem w tworzeniu moczu i oczyszczaniu krwi z produktów przemiany materii.
Filtracja ma również zastosowanie w medycynie w kontekście technik dializacyjnych, szczególnie w dializie otrzewnowej, gdzie otrzewna działa jako naturalna błona filtracyjna.
Mocz (łac. urina) to powstały w wyniku filtracji krwi płyn zawierający produkty przemiany materii. Przebiegający etapowo proces powstawania moczu odbywa się w nerkach. Ich podstawową jednostką strukturalno‑czynnościową jest nefron składający się z ciałka nerkowego, kanalika proksymalnego, pętli Henlego i kanalika dystalnego.
Ciałko nerkowe zbudowane z sieci naczyń włosowatych (kłębuszka nerkowego) i otoczone torebką Bowmana jest miejscem, w którym zachodzi pierwszy etap powstawania moczu - filtracja. Do przesączu kłębuszkowego zwanego moczem pierwotnym przedostają się wszystkie składniki osocza poza większością białek, które są zbyt duże, żeby przejść przez szczeliny bariery filtracyjnej.
Filtrat składa się więc głównie z wody oraz z rozpuszczonych w niej soli mineralnych, cukrów, aminokwasów, witamin i produktów przemiany materii.
W ciągu doby organizm wytwarza 150-180 l moczu pierwotnego, z którego powstaje ostatecznie 1,5‑2,0 l moczu ostatecznego (wtórnego). Dzieje się tak, ponieważ 99% moczu pierwotnego musi ulec resorpcji zwrotnej w dalszej części nefronu.
W kanaliku proksymalnym, w procesie resorpcji, na drodze transportu aktywnego zwrotnie wchłaniane są do krwi: glukoza, aminokwasy oraz jony NaIndeks górny +, KIndeks górny +, a na drodze transportu biernego: woda i mocznik.
Proces resorpcji przebiega dalej w pętli Henlego. Również w kanalikach krętych II rzędu, w zależności od potrzeb, może odbywać się dodatkowe wchłanianie jonów sodowych i wody.
Podczas przemieszczania się moczu pierwotnego przez kanalik nerkowy do jego wnętrza, na drodze transportu biernego, przedostają się słabe zasady i kwasy. Stabilizują one pH moczu pierwotnego.
Skład Mocz Pierwotnego i Ostatecznego
Poniższa tabela przedstawia porównanie składu moczu pierwotnego ze składem moczu ostatecznego:
| Składniki | Mocz pierwotny | Mocz ostateczny |
|---|---|---|
| Woda | 150-180 litrów | 1,5-2,0 litra |
| Aminokwasy | 65 gramów | brak |
| Glukoza | 200 gramów | brak |
| Mocznik | 60 gramów | 35 gramów |
| Jony chlorkowe | 690 gramów | 5 gramów |
| Sód | 600 gramów | 4 gramy |
| Wapń | 9 gramów | 0,2 grama |
| Potas | 35 gramów | 3 gramów |
Transport Aktywny
Transport aktywny to sposób przemieszczania się cząsteczek zawsze przeciwko gradientowi stężeń, z udziałem przenośników i wymagający dostarczenia energii.
Transport aktywny zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Biorą w nim udział tzw. pompy jonowe. Pompy to struktury tworzone przez kompleksy białkowe.
Przenoszą substancje (jony, glukoza, aminokwasy) dzięki energii pochodzącej z hydrolizy ATP.
Do takich pomp należy pompa sodowo-potasowa. Jest to enzym, który uczestniczy w aktywnym transporcie jonów potasu i sodu. Utrzymuje równomierne stężenie jonów Na+ i K+ po obu stronach błony komórkowej.
Jej działanie jest napędzane energią pochodzącą z hydrolitycznego rozkładu ATP. Na zewnątrz komórki przenikają trzy jony sodu, a do wnętrza dwa jony sodu.
W komórkach nerwowych pompa sodowo-potasowa jest niezbędna w utrzymaniu potencjału spoczynkowego błony neuronu.
Wyróżnia się 3 rodzaje transportu aktywnego. Są to uniport, symport i antyport. Uniport to transport jednej cząsteczki, symport polega na transporcie dwóch cząsteczek w tym samym kierunku, natomiast antyport to transport dwóch cząsteczek w przeciwnych kierunkach.
Przykładem antyportu jest właśnie pompa sodowo-potasowa. Innym przykładem pompy jest pompa protonowa.
Właściwości Farmakokinetyczne
Właściwości farmakokinetyczne różnych leków, takich jak Valtap HCT, Valsartan + hydrochlorothiazide Krka, Co-Diovan, Amlodypina + Walsartan + Hydrochlorotiazyd Macleods, Valsartan HCT Fair-Med, Amlodipine + Valsartan + Hydrochlorothiazide Polpharma, wskazują na zróżnicowane mechanizmy wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu i wydalania substancji czynnych. Bierna filtracja odgrywa istotną rolę w procesach eliminacji leków przez nerki.
Transport substancji przez błonę jest uzależniony od wielu czynników. Te czynniki to stopień rozpuszczalności danego związku w tłuszczach, wielkość cząsteczek transportowanych oraz ładunek elektryczny, jakim są obdarzone.
Wymiana substancji pomiędzy komórką a otoczeniem jest niezwykle istotna dla jej prawidłowego funkcjonowania i zachowania homeostazy.
Błony komórkowe to twory niezwykle dynamiczne, selektywne, często funkcjonują tak, jakby „wiedziały” jakie substancje zatrzymać, a jakie, na drodze transportu transbłonowego, mogą przekroczyć ich barierę.
Błona komórkowa to struktura otaczająca komórkę, zbudowana z dwuwarstwy lipidowej i zakotwiczonych w niej białek. Struktura ta jest asymetryczna, płynna i dynamiczna.
tags: #filtracja #a #transport #bierny #różnice
