Trang chủ
Sách y học
Sinh lý y học
Vận chuyển chủ động các chất qua màng bào tương

Vận chuyển chủ động các chất qua màng bào tương

2013-04-11 08:09 AM

Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại, vận chuyển chủ động nguyên phát, và vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

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 viết cùng chuyên mục

Chất dẫn truyền thần kinh: đặc điểm của nhóm phân tử lớn

Sự hình thành các chất dẫn truyền nhóm phân tử lớn này phức tạp hơn, nên số lượng của chúng nhỏ hơn so với nhóm phân tử nhỏ.

Sinh lý hệ mạch máu

Tim trái tống máu vào động mạch chủ, tạo ra một áp lực lớn đưa máu qua vòng tuần hoàn cho đến tim phải: áp lực cao nhất trong động mạch chủ và thấp nhất trong tâm nhĩ phải.

Tiểu thể Pacinian: điện thế nhận cảm và ví dụ về chức năng của receptor

Tiểu thể Pacinian có một sợi thần kinh trung tâm kéo dài suốt lõi tiểu thể. Bao quanh sợi thần kinh trung tâm này là các lớp vỏ bọc khác nhau xếp đồng tâm, và do vậy, sự đè ép ở bất kì vị trí nào bên ngoài tiểu thể sẽ kéo giãn.

Chức năng và ảnh hưởng của estrogen lên đặc tính sinh dục tiên phát và thứ phát

Trong thời thơ ấu, estrogen chỉ được tiết với một lượng rất nhỏ, nhưng đến giai đoạn dậy thì, lượng estrogen được tiết ra dưới sự kích thích của hormone điều hòa tuyến sinh dục của tuyến yên tăng lên trên 20 lần.

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.

Kiểm soát cục bộ lưu lượng máu đáp ứng nhu cầu của mô

Lưu lượng máu đến da quyết định sự thải nhiệt từ cơ thể, giúp kiểm soát nhiệt độ cơ thể. Ngoài ra sự vận chuyển đầy đủ máu đến thận cho phép thận lọc và bài tiết các chất thải của cơ thể, điều chỉnh thể tích dịch cơ thể và chất điện giải.

Chức năng phần sau trên của thùy thái dương - vùng wernicke (diễn giải phổ biến)

Kích thích điện khu vực Wernicke trong một người có ý thức đôi khi gây ra một suy nghĩ rất phức tạp, đặc biệt khi các điện cực kích thích đươc truyền đủ sâu vào não để tiếp cận các khu vực liên kết tương ứng với đồi thị.

Sinh lý điều hòa lưu lượng máu não

Lưu lượng máu não của một người trưởng thành trung bình là 50 đến 65 ml/100 gam nhu mô não mỗi phút. Với toàn bộ não là từ 750 đến 900 ml/ phút. Theo đó, não bộ chỉ chiếm 2% trọng lượng cơ thể nhưng nhận 15% cung lượng tim lúc nghỉ.

Hệ nội tiết và sinh sản của nữ

Những hormone FSH và LH hormone thùy trước tuyến yên, hormone kích thích nang trứng (FSH) và hormone hoàng thể hormone buồng trứng, estrogen và progesteron, được bài tiết với nồng độ liên tục thay đổi trong suốt các gai đoạn khác nhau của chu kỳ kinh nguyệt.

Chức năng của testosterone

Testosterone được tiết ra đầu tiên ở các tế bào mầm rãnh sinh dục và sau đó là tinh hoàn của thai nhi chịu trách nhiệm trong sự phát triển các đặc điểm cơ thể nam giới, bao gồm cả sự hình thành dương vật và bìu chứ không phải là âm vật và âm đạo.

Điều hòa chức năng cơ thể

Hệ thống thần kinh và hệ thống nội tiết điều chỉnh và phối hợp các chức năng cơ thể. Cùng nhau duy trì sự tăng trưởng, trưởng thành, sinh sản, trao đổi chất và hành vi của con người.

Sự xâm nhập tinh trùng vào trứng: các enzyme thể đỉnh và phản ứng thể đỉnh

Chỉ vài phút sau khi tinh trùng đầu tiên xâm nhập qua lớp màng sáng, các ion calci xâm nhập vào bên trong, tế bào phát động phản ứn g vỏ đổ các chất đặc biệt vào xoang quanh noãn.

Tiêu hóa Carbohydrate ở ruột non

Những nhung mao lót các tế bào ruột non chứa 4 enzyme, chúng có khả năng cắt disaccharide lactose, sucrose, và maltose, cộng thêm các polymer glucose nhỏ khác, thành các monosaccharide thành phần.

Vận chuyển lipids trong dịch cơ thể

Cholesterol và phospholipid được hấp thụ từ hệ thống ruột vào trong chylomicron. Vì thế dù chylomicron được cấu tạo chủ yếu từ triglycerides, chúng còn chứa phospholipid, cholesterol và apoprotein B.

Sự khuếch tán của khí qua màng hô hấp: sự trao đổi khí CO2 và O2

Tổng lượng máu có trong mao mạch phổi dạo động từ 60ml tới 140ml, ta thấy với một lượng nhỏ thể tích máu mao mạch mà tại mao mạch lại có tổng diện tích lớn nên thế sẽ rất dễ dàng cho sự trao đổi khí CO2 và O2.

Dẫn truyền xung động từ tận cùng thần kinh tới sợi cơ vân: Khớp thần kinh cơ

Điện thế hoạt động bắt đầu lan truyền trong các sợi cơ vân bởi các xung thần kinh đi theo cả hai hướng về phía tận cùng sợi cơ.

Điều chỉnh huyết áp: vai trò của hệ thống thận - thể dịch

Hệ thống dịch thận - thể dịch trong kiểm soát huyết áp là một cơ chế căn bản cho kiểm soát huyết áp lâu dài. Tuy nhiên, qua các giai đoạn của quá trình tiến hóa, đã có nhiều biến đổi để làm cho hệ thống này chính xác hơn trong thực hiện vai trò của nó.