Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 17 Μαρτίου 2017 Σχολή Επαγγελμάτων Υγείας – Πρόνοιας Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων Εργαστήριο Φυσιολογίας Ι Μελέτη των μηχανισμών διάχυσης, ώσμωσης, παθητικής και ενεργητικής μεταφοράς και των στοιχείων που τους επηρεάζουν Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 17 Μαρτίου 2017

Σχετική διαπερατότητα της λιπιδικής διπλοστιβάδας

Μηχανισμοί μεταφοράς Διευκολυνόμενη διάχυση Πρωτογενής Δευτερογενής ** * Μονο-μεταφορέας ** Συν- ή Αντι –μεταφορέας (συζευγμένος μεταφορέας)

Παθητική μεταφορά Aπλή διάχυση μορίων δια μέσου μεμβρανών Μόνο λιπόφιλα μόρια (πχ στεροειδείς ορμόνες, λιποδιαλυτές βιταμίνες) και αέρια μπορούν να κινούνται παθητικά δια μέσου μεμβρανών Η παθητική μεταφορά έχει καθοδική κατεύθυνση, δηλ. από τη μεγαλύτερη προς τη μικρότερη συγκέντρωση

Παράγοντες που επηρεάζουν την διάχυση μιας μη ηλεκτρολυτικής ουσίας 1. Η διαφορά συγκέντρωσης της ουσίας εκατέρωθεν της μεμβράνης Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά συγκέντρωσης μιας ουσίας ανάμεσα σε δύο διαλύματα τόσο μεγαλύτερη θα είναι η οδηγός δύναμη και η καθαρή διάχυση 2. Ο συντελεστής κατανομής Όσο μεγαλύτερη είναι η διαλυτότητα της ουσίας στο λάδι τόσο μεγαλύτερος θα είναι ο συντελεστής κατανομής της και άρα πιο εύκολα θα διαχυθεί μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας.

Παράγοντες που επηρεάζουν την διάχυση μιας μη ηλεκτρολυτικής ουσίας 3. Ο συντελεστής διάχυσης Είναι αντιστρόφως ανάλογος από το μέγεθος της διαλυτής ουσίας και το ιξώδες του διαλύτη. Επομένως, οι μικρομοριακές ουσίες σε διαλύτες με μικρό ιξώδες έχουν μεγαλύτερο συντελεστή διάχυσης και διαχέονται εύκολα. Αντίθετα, μεγαλομοριακές ουσίες σε παχύρευστους διαλύτες έχουν μικρούς συντελεστές διάχυσης και διαχέονται δύσκολα. 4. Το πάχος της μεμβράνης Όσο παχύτερη είναι η μεμβράνη τόσο δυσκολότερη είναι η διάχυση της ουσίας από τη μεμβράνη 5. Το εμβαδόν της επιφάνειας της μεμβράνης Όσο μεγαλύτερο είναι το εμβαδόν της επιφάνειας της μεμβράνης τόσο πιο εύκολη είναι η διάχυση της ουσίας από αυτή.

2. Διευκολυνόμενη διάχυση μορίων δια μέσου μεμβρανών Ιόντα και πολικά μόρια κινούνται καθοδικά (προς τη μικρότερη συγκέντρωση), χωρίς επιπλέον κατανάλωση ενέργειας μέσω α) διαύλων, β) μονο-μεταφορέων 2α) ιόντα μπορούν να κινηθούν μέσω εξειδικευμένων ιονικών διαύλων Η πρωτεΐνη-δίαυλος επιλέγει ιόντα με βάση το μέγεθος και το φορτίο τους και επιτρέπει την καθοδική τους διάχυσή μόνο για ορισμένο βραχύτατο χρόνο !!!

Παράγοντες που επηρεάζουν την διάχυση μιας ηλεκτρολυτικής ουσίας 1. Η διαφορά συγκέντρωσης της ουσίας εκατέρωθεν της μεμβράνης 2. Η διαφορά δυναμικού εκατέρωθεν της μεμβράνης Η κινητήρια δύναμη είναι το ηλεκτροχημικό δυναμικό, που είναι συνάρτηση της διαφοράς συγκέντρωσης και της διαφοράς δυναμικού

Τύποι ιοντικών διαύλων

Διευκολυνόμενη διάχυση μέσω μεταφορέων 2β) Πολικά μόρια μπορούν να κινηθούν μέσω εξειδικευμένων μεταφορέων (μονο-μεταφορέων) με βάση τη κλίση συγκέντρωσης (χωρίς την δαπάνη ενέργειας) μόνο προς μία κατεύθυνση

Παράδειγμα διευκολυνόμενης διάχυσης Διευκολυνόμενη διάχυση γλυκόζης απο κυτταρο-ειδικούς μεταφορείς (σε κύτταρα του ήπατος) 1. Η γλυκόζη δεσμεύεται στον μονο- μεταφορέα (GLUT), ο οποίος αλλάζει διαμόρφωση και επιτρέπει τη διέλευσή της προς το εσωτερικό 2. Η γλυκόζη κινείται καθοδικά δια μέσου της μεμβράνης 3. Η εξοκινάση την παγιδεύει με τη μορφή 6-φωσφορικής γλυκόζης στο εσωτερικό του κυττάρου

Ώσμωση Ώσμωση είναι η κίνηση των μορίων νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης από περιοχές στις οποίες η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών είναι μικρή προς περιοχές μεγαλύτερης συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών. Η ώσμωση είναι ειδική περίπτωση διάχυσης Η ωσμωτικότητα ενός διαλύματος είναι η συγκέντρωση όλων των διαλυμένων ουσιών του διαλύματος στο νερό.

Ωσμωτική πίεση

Επίδραση διαλυμάτων διαφορετικής ωσμωτικής πίεσης Υπότονο διάλυμα: διάλυμα με μικρότερη ωσμωτική πίεση Ισότονα διαλύματα: τα διαλύματα τα οποία έχουν ίσες ωσμωτικές πιέσεις Υπέρτονο διάλυμα: το διάλυμα με τη μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση

Ώσμωση

Πείραμα απόδειξης διάχυσης

3. Ενεργός μεταφορά μορίων δια μέσου μεμβρανών Ιόντα ή πολικά μόρια κινούνται ανοδικά (προς τη μεγαλύτερη συγκέντρωση), μόνο με κατανάλωση ενέργειας μέσω α) αντλιών (πρωτογενής), β) συζευγμένων μεταφορέων (δευτερογενής) Η ενέργεια λειτουργίας των αντλιών παρέχεται από το ΑΤΡ, το φως κλπ, ενώ των συζευγμένων μεταφορέων από ένα δεύτερο προϋπάρχον ηλεκτροχημικό δυναμικό (συμμεταφορείς, αντιμεταφορείς)

Βασικές αρχές για τη λειτουργία μιας αντλίας: 1.Kοιλότητα αρκετά μεγάλη για να δέχεται ένα μικρό μόριο ή ιόν 2. Δύο στεροδιατάξεις ώστε η κοιλότητα να ανοίξει προς το εσωτερικό στη μια μορφή της και προς το εξωτερικό στην άλλη 3. Η συγγένεια προς το μεταφερόμενο ιόν πρέπει να είναι διαφορετική στις δύο στεροδιατάξεις

Η αντλία Κ+/Να+

Η αντλία Κ+/Να+

Πώς μεταβάλλεται η συγκέντρωση του ενδοκυττάριου Na+ μετά από αναστολή της αντλίας Na+/K+;;;

Δυναμικό ηρεμίας μεμβράνης

Δυναμικό ηρεμίας μεμβράνης Στο δυναμικό ηρεμίας το κύτταρο δεν βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση αλλά υπάρχει μία ισορροπία όπου: 1.Ιόντα Na+ εισέρχονται του κυττάρου και ιόντα Κ+ εξέρχονται του κυττάρου μέσω διαύλων και. 2.Ιόντα Na+ εξέρχονται του κυττάρου και ιόντα Κ+ εισέρχονται του κυττάρου μέσω της αντλίας Na+/K+.

Δευτερογενής ενεργητική μεταφορά

Παράγοντες που επηρεάζουν την ενεργό μεταφορά Η ενεργός μεταφορά εξαρτάται από τη θερμοκρασία (ελάττωση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση της ταχύτητας εξεργονικών μεταβολικών αντιδράσεων, που παρέχουν την απαραίτητη ελεύθερη ενέργεια), Η ενεργός μεταφορά εξαρτάται από χημικούς παράγοντες που αναστέλλουν τον κυτταρικό μεταβολισμό (π.χ. η ανοξία μειώνει την ενεργό μεταφορά), Η ενεργός μεταφορά σταματά όταν επέλθει ο θάνατος του κυττάρου

Ενεργητική-Παθητική μεταφορά