Vận chuyển chủ động các chất qua màng bào tương

Ngày: 11 - 4 - 2013

Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại (1) vận chuyển chủ động nguyên phát và (2) vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng ATP được sử dụng trực tiếp hay gián tiếp trong qúa trình vận chuyển các chất.


Hình thức vận chuyển chủ động là hình thức vận chuyển tiêu tốn năng lượng ATP nhằm đưa các chất đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúngü.

Hình thức vận chuyển này được thực hiện qua vai tròì của các protein xuyên màng đặc hiệu đóng vai trò như các bơm hoạt động nhờ ATP để đẩy các ion như Na+, K+, H+, Ca2+, I-, Cl- hoặc các phân tử nhỏ như các acid amin, các monosaccharide  đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng.

Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại (1) vận chuyển chủ động nguyên phát và (2) vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng ATP được sử dụng trực tiếp hay gián tiếp trong qúa trình vận chuyển các chất.

Vận chuyển chủ động nguyên phát (primary active transport)

Vận chuyển chủ động nguyên phát là hình thức vận chuyển trong đó năng lượng từ ATP được sử dụng trực tiếp để "bơm" một chất qua màng theo chiều ngược với chiều gradient nồng độ.

Tế bào sẽ sử dụng năng lượng này thay đổi hình dạng của các protein vận chuyển trên màng bào tương để qua đó thực hiện việc vận chuyển. Khoảng 40% ATP của tế bào phục vụ cho mục đích này.


Hình: Hoạt động bơm natri – kali.

Bơm natri (hình 6) là một ví dụ điển hình cho hình thức vận chuyển nguyên phát:

Qua hoạt động của bơm natri, các ion natri (Na+) sẽ được "bơm" ra khỏi tế bào (nơi có nồng độ ion natri cao hơn) và ion kali (K+) sẽ được "bơm" vào trong tế bào (nơi có nồng độ ion kali cao hơn).

Bằng cách này bơm natri sẽ duy trì được nồng độ ổn định của ion natri và kali ở trong và ngoài tế bào, điều này rất quan trọng cho hoạt động sống của tế bào.

Tất cả các tế bào đều có bơm natri, trên mỗi micro mét vuông màng bào tương có tới hàng trăm bơm như vậy và chúng phải hoạt động liên tục để duy trì sự ổn định của các ion Na+ và K+ do các ion Na+ và K+ liên tục khuếch tán qua màng thông qua các kênh làm phá vỡ trạng thái ổn định của các ion này.

Bơm natri đôi khi còn được gọi là bơm Na+/K+ ATPase do protein thực hiện vận chuyển hoạt động như một enzyme tách năng lượng từ ATP. Trong cấu trúc của phân tử ATPase gồm có 4 tiểu đơn vị (2 đơn vị a và 2 đơn vị b). Các tiểu đơn vị a có hoạt tính enzym chuyển ATP thành ADP giải phóng năng lượng và trên chúng có có các vị trí gắn với các ion ở phía trong và ngoài tế bào. Phía trong tế bào có các vị trí để gắn 3 ion Na+ và ATP, phía ngoài tế bào có các vị trí để gắn với 2 ion K+.

Quá trình hoạt động của bơm có thể chia làm hai giai đoạn:

(1) Khi ba ion Na+ và ATP gắn ở phía mặt trong của bơm, một nhóm phosphate được chuyển từ phân tử ATP tới gốc acid aspartic của tiểu phần a. Sự có mặt của nhóm phosphate giàu năng lượng sẽ làm thay đổi cấu trúc của bơm làm chuyển 3 ion Na ra phía ngoài tế bào.  

(2) Khi 2 ion K+ gắn vào phía mặt ngoài tế bào, liên kết giữa nhóm phosphate và acid aspartic bị thuỷ phân. Năng lượng được giải phóng từ quá trình dephosphoryl (dephosphorylate) này sẽ làm thay đổi cấu trúc của bơm lần thứ hai làm cho 2 ion K+ được đưa vào bên trong tế bào.

Sự ức chế hoạt động của bơm: Bơm sẽ không hoạt động nếu nồng độ của các ion Na+, K+ và ATP quá thấp. Tác dụng của digitalis, một loại thuốc được sử dụng trong việc điều trị suy tim, dựa trên khả năng kết hợp với tiểu phần a ở phía mặt ngoài tế bào và qua đó can thiệp vào quá trình dephosphoryl của bơm làm ức chế hoạt động của bơm.

Ngoài bơm Na+/K+, hiện tượng vận chuyển chủ động nguyên phát còn được thấy trong hoạt động của bơm K+/H+ trên màng tế bào niêm mạc dạ dày, điều khiển việc bài xuất ion H+ vào dạ dày trong quá trình tiêu hoá, bơm Ca2+ có trên hệ lưới nội sinh chất của các tế bào cơ để duy trì nồng độ ion Ca2+ trong tế bào luôn luôn dưới mức 0,1(mol/L.

Vận chuyển chủ động thứ phát (secondary active transport)

Trong hình thức vận chuyển này năng lượng tồn trữ do sự khác biệt về gradient nồng độ của ion Na+ được sử dụng để vận chuyển các chất đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng qua màng.

Bơm natri duy trì một sự khác biệt lớn về nồng độ ion Na+ hai bên màng bào tương, nếu có một con đường qua đó cho phép các ion Na+đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp thì năng lượng tồn trữ do sự khác biệt về nồng độ của Na+ sẽ được chuyển thành động năng để giúp vận chuyển một chất khác đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chất đó.

Vì sự khác biệt nồng độ của ion Na+ được thiết lập qua hình thức vận chuyển chủ động nguyên phát, đòi hỏi ATP một cách trực tiếp nên có thể coi hình thức vận chuyển thứ phát đã sử dụng ATP một cách gián tiếp để thực hiện việc vận chuyển chủ động qua màng.

Nhiều loại ion và chất dinh dưỡng được vận chuyển bằng hình thức này:

Sự vận chuyển glucose, galactose và các acid amin cùng với ion Na+ đi qua màng tế bào lợp mặt trong ruột non và các tế bào của ống thận diễn ra theo cách này, qua đó các chất dinh dưỡng trong thức ăn được hấp thu một cách triệt để tại ruột non và được ống thận tái hấp thu để đưa trở lại vào máu.

Sự vận chuyển ion Ca2+ ra ngoài bào tương của các tế bào tâm thất và các loại tế bào cơ khác (sự vận chuyển này của ion Ca2+ phối hợp với hoạt động bơm Ca2+ trên lưới nội sinh chất của các tế bào cơ  sẽ gây ra tình trạng giãn cơ)

Các ion H+ hình thành trong quá chuyển hóa tế bào được bơm ra khỏi tế bào theo hình thức vận chuyển này. Cơ chế này hết sức quan trọng để duy trì pH ổn định trong tế bào và trong lòng ống lượn gần của thận ( giúp tái hấp thu bicarbonate).


Hình: Hiện tượng đồng vận và đối vận.

a: hiện tượng đồng vận; b: hiện tượng đối vận

1: dịch ngoại bào; 2: màng bào tương; 3: bào tương; 4: protein đồng vận; 5: amino acid; 6: ion Natri; 7: ion calcium; 8: protein đối vận; 9:khuếch tán thụ động theo chiều gradient nồng độ; 10: vận chuyển chủ động thứ phát.

Năng lượng tồn trữ do gradient điện hóa của ion Na+ sẽ làm thay đổi cấu hình của protein vận chuyển.

Khi ion Na+ gắn với protein vận chuyển sẽ làm tăng ái lực của protein này với chất được vận chuyển.

Khi cả ion Na+ và chất được vận chuyển đã gắn vào protein vận chuyển sẽ làm thay đổi cấu trúc của protein này giúp ion Na+ và chất được vận chuyển được đưa qua màng.

Khi hai chất được vận chuyển theo cùng một hướng qua màng thì quá trình này được gọi là hiện tượng đồng vận (symport) như sự vận chuyển của glucose, các acid amin qua niêm mạc ruột và ống thận.

Khi hai chất được vận chuyển theo hai hướng khác nhau qua màng thì quá trình này được gọi là hiện tượng đối vận (antiport) như sự vận chuyển  chủ động của ion Ca2+ ion H+ qua màng.

Sự chênh lệch về nồng độ ion Na+ hai bên màng càng lớn thì sự vận chuyển chủ động thứ phát xảy ra càng nhanh.

Bài xem nhiều nhất

Sinh lý bạch cầu máu

Toàn bộ quá trình sinh sản và biệt hoá tạo nên các loại bạch cầu hạt và bạch cầu mono diễn ra trong tuỷ xương. Chúng được dự trữ sẵn ở tuỷ xương, khi nào cơ thể cần đến, chúng sẽ được đưa vào máu lưu thông.

Cấu trúc chức năng sinh lý tim

Độ dày của các thành tim ở các buồng thay đổi tùy theo chức năng của nó. Thành cơ tim thất trái dày gấp hai đến bốn lần thành thất phải, do nó phải bơm máu với áp lực cao hơn để thắng sức cản lớn của tuần hoàn hệ thống.

Sinh lý tiêu hóa ở dạ dày

Lúc đói, cơ dạ dày co lại. Khi ta nuốt một viên thức ăn vào thì cơ giãn ra vừa đủ để chứa viên thức ăn đó, vì vậy áp suất trong dạ dày không tăng lên, tạo điều kiện dễ dàng cho thức ăn tiếp tục đi vào dạ dày.

Sinh lý phản xạ có điều kiện và không điều kiện

Bằng những công trình nghiên cứu trên hệ thần kinh trong nhiều năm, Pavlov đã phân biệt hai loại phản xạ: phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện.

Sinh lý hồng cầu máu

Hồng cầu không có nhân cũng như các bào quan. Thành phần chính của hồng cầu là hemoglobin (Hb), chiếm 34% trọng lượng (nồng độ 34 g/dl trong dịch bào tương).

Sinh lý hệ mạch máu

Động mạch có chức năng đưa máu từ tim đến các mao mạch toàn cơ thể. Động mạch chủ  rời tim và phân thành những động mạch nhỏ hơn đến các vùng khác nhau của cơ thể.

Các chức năng sinh lý của gan

Gan tổng hợp acid béo từ glucid, protid và từ các sản phẩm thoái hóa của lipid. Acid béo được chuyển hóa theo chu trình ( oxy hóa của Knoop để cho năng lượng (chiếm 60% chuyển hóa acid béo của cơ thể).

Đại cương về hệ nội tiết và hormon

Hormon là những chất hóa học do một nhóm tế bào hoặc một tuyến nội tiết bài tiết vào máu rồi được máu đưa đến các tế bào hoặc các mô khác trong cơ thể và gây ra các tác dụng sinh lý tại đó.

Sinh lý tiêu hóa ở ruột non

Khi bị tắc ruột (khối u, giun, xoắn ruột...), để đẩy nhũ trấp đi qua được chỗ tắc, nhu động tăng lên rất mạnh gây ra triệu chứng đau bụng từng cơn và xuất hiện dấu hiệu rắn bò (dấu Koenig), một dấu hiệu để chẩn đoán tắc ruột.

Sinh lý nội tiết tuyến yên

Tác dụng phát triển cơ thể: tác dụng lên hầu hết các mô cơ thể, tăng số lượng và kích thước tế bào, tăng kích thước các phủ tạng.

Chức năng tạo nước tiểu sinh lý của thận

Cầu thận được cấu tạo bởi một mạng lưới mao mạch xếp song song và được bao quanh bởi bao Bowman. Dịch được lọc từ huyết tương vào trong bao Bowman gọi là dịch lọc cầu thận.

Sinh lý nội tiết tuyến thượng thận

Chức năng tuỷ thượng thận liên quan đến hoạt động hệ giao cảm, sự kích thích giao cảm cũng gây bài tiết hormon tuỷ thượng thận và các hormon này lại có tác dụng giống tác dụng của hệ thần kinh giao cảm.

Chức năng thông khí hô hấp

Đường dẫn khí là một hệ thống ống, từ ngoài vào trong gồm có: mũi, họng, thanh quản, khí quản, phế quản, phế quản đi vào hai lá phổi.

Sinh lý cầm máu

Thành mạch bị thương tổn càng nhiều thì co mạch càng mạnh. Sự co mạch tại chỗ có thể kéo dài nhiều phút đến vài giờ. Trong thời gian này có thể diễn ra sự hình thành nút tiểu cầu và đông máu.

Chức năng trao đổi và vận chuyển khí hô hấp

Khí muốn qua màng phế nang- mao mạch thì phải qua màng hô hấp như đã trình bày và còn phải qua màng tế bào hồng cầu cũng như lớp tế bào chất trong hồng cầu mà oxy phải vượt qua để kết hợp với Hb.

Đặc điểm cấu trúc chức năng sinh lý của thận

Nephron là đơn vị cấu tạo cũng như đơn vị chức năng của thận, chúng có khả năng tạo nước tiểu độc lập với nhau. Cả 2 thận có khoảng trên 2 triệu nephron.

Sinh lý nội tiết tuyến giáp

Sự bắt iod cần năng lượng, nhờ vào (bơm iod( với sự hoạt động của Na-K-ATPase, quá trình này có thể bị chặn lại bởi ouabain và perclorat, các chất này cạnh tranh với iod.

Sinh lý sinh dục nữ giới

Lớp biểu mô mầm bao phủ mặt ngoài của buồng trứng và tiếp nối với lớp trung biểu mô trùm lên mạc treo buồng trứng. Mặc dầu được gọi là biểu mô mầm nhưng nhiệm vụ của chúng không phải là để sản sinh trứng.

Sinh lý hệ thần kinh tự động

Receptor tiếp nhận norepinephrin của hệ giao cảm được gọi là noradrenergic receptor. Bên cạnh norepinephrin, các receptor này cũng đáp ứng với epinephrin.

Vận chuyển chủ động các chất qua màng bào tương

Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại (1) vận chuyển chủ động nguyên phát và (2) vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng ATP được sử dụng trực tiếp hay gián tiếp trong qúa trình vận chuyển các chất.

Sinh lý tuyến tuỵ nội tiết

Insulin được cấu tạo bởi hai chuỗi polypeptid, nối với nhau bằng cầu nối disulfua, có 51 acid amin, trọng lượng phân tử  5808. Khi hai chuỗi này tách ra thì hoạt tính sẽ bị mất.

Chức năng sinh lý nội tiết của thận

Dưới tác dụng của renin, một loại protein trong máu là angiotensinogen biến đổi thành angiotensin I. Angiotensin I đến phổi, do tác dụng của men chuyển (converting enzyme), biến đổi thành angiotensin II.

Sinh lý thần kinh tủy sống

Nằm ở bên trong, có hình cánh bướm, tạo thành sừng trước, sừng sau và sừng bên. Chất xám được cấu tạo chủ yếu bởi thân của các nơ ron đóng vai trò trung tâm của các phản xạ tủy.

Đại cương sinh lý tim mạch

Vòng đại tuần hoàn (tuần hoàn hệ thống) mang máu động mạch giàu oxy và các chất dinh dưỡng từ tim trái theo động mạch chủ, động mạch chủ tiếp tục phân thành những động mạch nhỏ dần đến các cơ quan.

Sinh lý thần kinh bán cầu đại não

Để nghiên cứu các vùng chức năng của vỏ não, người ta phân chia vỏ não theo nhiều cách khác nhau. Trong đó, cách phân chia vỏ não thành 50 vùng đánh số từ 1 đến 50 của Brodmann là thông dụng hơn cả.

Xem theo danh mục