Vận chuyển chủ động các chất qua màng tế bào (Active Transport)

2020-07-16 10:58 PM

Có nhiều chất khác nhau được vận chuyển tích cực qua màng bao gồm Na, K, Ca, H, I, ure, một vài đường khác và hầu hết các acid amins.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Cùng một thời gian, nồng độ cao của các chất được đòi hủy phải duy trì bên trong tế bào trong khi đó nồng độ bên ngoài lại rất thấp. Điều này hoàn toàn là sự thật, một ví dụ như tế bào luôn phải giữ nồng độ K bên trong tế bào cao hơn rất nhiều so với bên ngoài và ngược lại nồng độ Na bên trong thấp hơn bên ngoài. Chính vì vậy cần có một cơ chế để duy trì một điều như vậy, và điều đó được thực hiện nhờ vào vận chuyển tích cực, tế bào chủ động lấy những chất hay ion cần thiết cho mình mặc dù bên ngoài nồng dộ của các chất này là rất ít. Tức là đã đi ngược lại thang nồng độ.

Có nhiều chất khác nhau được vận chuyển tích cực qua màng bao gồm Na, K, Ca, H, I, ure, một vài đường khác và hầu hết các acid amins.

Vận chuyển tích cực nguyên phát và thứ phát

Vận chuyển tích cực được chia thành hai dạng theo nguồn năng lượng được dùng để gây ra sự vận chuyển đó là: vận chuyển tích cực nguyên phát và thứ phát.

Trong vận chuyển tích cực nguyên phát, năng lượng được sử dụng trực tiếp từ việc bẻ gẫy phân tử ATP hay của một vài hợp chất chứa liên kết phosphate cao năng lượng. Trong vận chuyển tích cực thứ phát, năng lượng nhận thứ phát nhận được từ những năng lược được dự trữ ở dạng nồng độ ion khác nhau giữa hai bên màng tế bào, nguồn gốc của sự chênh lệch là từ vận chuyển tích cực nguyên phát. Cả 2 ví dụ, vận chuyển phụ thuộc vào protein mang xuyên màng, đều là khuếch tán được làm dễ. Tuy nhiên, vận chuyển tích cực, chứ năng của protein mang khác với chất mang trong khuếch tns được làm dễ vì nó có khả năng truyền năng lượng tới chất được vận chuyểnđể di chuyển ngược chiều gradient điện hóa(electrochemical gradient).

Vận chuyển chủ động nguyên phát

Cơ chế của bơm natri-kali

Hình. Cơ chế của bơm natri-kali. ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate; Pi, ion photphat.

Các chất được vận chuyển bằng cơ chế chủ động nguyên phát: Na, K, Ca, H, Cl, và một vài ion khác

Cơ chế vận chuyển chủ động được nghiên cứu đến chi tiết nhất là bơm Na-K, vận chuyển Na ra ngoài tế bào, và K từ ngoài vào bênh trong. Bơm này có trách nhiệm duy trì nồng độ Na và K khác nhau giữa hai bên màng té bào, thiết lập điện thế âm bên trong màng tế bào và điện thế dương bên ngoài tế bào.

Ở hình trên, Protein mang là tổ hợp của 2 tiểu phần: tiểu phần lớn α và và tiểu phần nhỏ hơn β. Tiểu phần lớn có 3 receptor để gắn Na và có 2 để gắn K, bên trong phần chia của protein này gần vị trí gắng Na có ATPase hoạt động.

Cơ chế: khi 2 ion K gắn vào bên ngoài của protein mang có 3 ion Na gắn vào bên trong, chức năng của ATPase bắt đầu hoạt động. Nó cắt 1 liên kết phosphat cao năng của ATP biến thành ADP và 1 phosphat, điều này giúp thay đổi cấu hình của bơm và giúp đưa 3Na ra bên ngoài và 2K vào trong tế bào. Và cũng giống như những enzym khác, Bơm Na-K-ATPase cũng có thể tạo ATP từ ADP và phosphat khi thang điện hóa của Na và K chênh lệch ở 2 bên màng đủ lớn để thắng lại quá trình bình thường của bơm.

Một chức năng quan trọng của bơm này là điều hòa thể tích tế bào: nếu không có chức năng của bơm này thì mọi tế bào cơ thể sẽ giãn nở thể tích cho đến khi nổ tung. Trong tế bào có rất nhiều protein và các phân tử khác không thể thoát ra ngoài tế bào, điều đó thì tăng áp suất thẩm thấu của tế bào và làm hút nước vào bên trong tế bào, nhưng khi có cơ chế của bơm này thì lượng ion dương mất đi trong mỗi lần bơm cao hơn 1 phân tử nên cũng làm giảm áp suất thẩm thấu cảu dịch nội bào. Nếu tế bào bắt đầu lấy nước và giãn nở vì bất kì lí do gì, thì bơm Na-K tự động hoạt động mạnh hơn, bơm nhiều ion tra bên ngoài từ đó kéo nước theo và duy trì thể tích tế bào.

Vận chuyển tích cực nguyên phát của ion Ca: ion Ca được duy trì với nồng độ rất thấp trong nội bào, nồng độ bên trong thấp hơn khoảng 1000 lần bên ngoài. Vì vậy cần có 2 quá trình vận chuyển chủđoộng nguyên phát. Một ở trong màng tế bào và bơm Ca đưa ra ngoài tế bào. Bơm khác nữa ở bên trong tế bào của các mạng lưới nội chất với tế bào cơ và mitochodria ở tất cả tế bào.

Vận chuyển chủ động nguyên phát của ion H: tại 2 nơi, mà quá trình vận chuyển ion H là quan trọng nhất đó là (1) dạ dày tuyến của dạ dày (2)và ống lượn xa và ống góp của thận.

Ở dạ dày tuyến, nằm ở thành của tế bào đỉnh có quá trình vận chuyển chủ động nguyên phát. Trong việc tiết ra dịch vị, với ion H và Cl

Ở ống thận, số lượng lớn ion H được tiết từ máu vào nước tiểu mục đich thải trừ ion H cũng theo cơ chế vận chuyển chủ động nguyên phát

Vận chuyển chủ động thứ phát - đồng vận và đối vận

Khi Na được vận chuyển qua màng tế bào theo cơ chế vận chuyển chủ động nguyên phát làm cho nồng độ Na bên ngoài nhiều hơn rất nhều so với bên trong. Gradient nồng độ này tạo ra một dang năng lượng, và điều đó làm khuếch tán Na trở lại bên trong tế bào. Dưới tác động như vậy, Na khuếch tán và có thể kéo theo các chất khác đi cùng. Đó là cơ chế đồng vận chuyển và thuộc dang vận chuyển tích cực thứ phát.

Trong đối vận, ion Na cố gắng khuếch tán vào bên trong tế bào vì nồng độ bên ngoài quá cao. Tuy nhiên, cùng lúc đó, có một chất cũng được vận chuyển từ trong ra ngoài. Vì vậy, ion Na gắn vào protein mang nơi tiếp nhận bên ngoài tế bào, trong khi đó thì chất đồng vận gắn vào vị trí bên trong của protein mang. Một khi cả hai được gắn kết, xuất hiện sự thay đổi về hình dạng protein, và năng lượng được giải phóng bởi ion Na di chuyển vào bên trong gây ra việc chất khác di chuyển ra bên ngoài.

Các cơ chế cho natri đồng vận chuyển glucose

Hình. Các cơ chế cho natri đồng vận chuyển glucose. Đồng vận của Glucose và một số acid amin với ion Na

Đối vận Na-Ca, Na-H: hai cơ chế đối vận quan trọng như hình dưới

Natri vận chuyển ngược canxi và ion hydro

Hình. Natri vận chuyển ngược canxi và ion hydro

Vận chuyển chủ động qua mảng tế bào (Cellular Sheets)

Tại những nơi của cơ thể, các chất có thể được vận chuyển bởi tất cả các con đường qua một mảng tế bào thay vào qua 1 màng tế bào đơn giản. Vận chuyển theo kiểu này xảy ra ở: (1) biểu mô ruột (intestinal epithelium), (2) biểu mô của ống thận, biểu mô của tất cả các tuyến ngoại tiết, (4) biểu mô của gallbladder, (5) màng nhện của não (the choroid plexus of the brain) và một số màng khác.

Cơ chế cơ bản vận chuyển một chất qua 1 mảng tế bào là (1) chủ động ở một bên mảng tế bào và (2) khuếch tán ở bên đối diện.

Cơ chế cơ bản của vận chuyển tích cực trên một lớp tế bào

Hình. Cơ chế cơ bản của vận chuyển tích cực trên một lớp tế bào

Hình trên mô tả cơ chế vận chuyển ion Na qua một biểu mô(ống tiêu hóa, ống thận hay gallbladder). Các tế bào biểu mô được liên kết chặt chẽ với nhau tại các cực bởi khoảng giữa của mối nối được gọi là các chỗ chạm nhẹ. Bờ bàn chải của bề mặt tiếp xúc(lumen) của tế bào thấm được cả Na và nước. Vì vậy, Na và nước khuếch tán dễ dàng từ lumen vào bào tương. Và sau đó tại màng cơ sở và màng bên, Na được vận chuyển tích cực vào dịch kẽ của mô liên kết lân cận và mạch máu. Việc này gây ra chênh lệch nồng độ ion cao qua màng tế bào, nó gây thẩm thấu của nước tốt hơn. Vì vậy, vận chuyển chủ động Na tại bờ bàn chải của tế bào biểu mô, kết quả không chỉ Na mà còn mang theo nước.

Cơ chế này có ở hầu hết các dưỡng chất, ion, và chất khác được hấp thu vào máu từ ruột; nó cũng là cách một vài chất được tái hấp thu ở ống thận.

Bài viết cùng chuyên mục

Hấp thu và bài tiết của canxi và phosphate

Thông thường ống thận hấp thu khoảng 99% lượng canxi, và khoảng 100mg/ngày tiết ra trong nước tiểu. khoảng 90 % canxi trong nước tiểu đầu được tái hấp thu ở ống lượn gần,quai henle, một phần đầu của ống lượn xa.

Cung lượng tim: đánh giá qua lưu lượng kế điện tử hoặc siêu âm

Lưu lượng máu sẽ được tính thông qua tốc độ vận chuyển máu qua động mạch chủ, diện tích mặt cắt ngang động mạch chủ được đánh giá thông qua đo đường kính thành mạch dưới hướng dẫn siêu âm.

Kiểm soát giải phóng năng lượng trong tế bào

Cơ chế xúc tác phản ứng hoá học của enzyme, trước hết là nhờ sự kết hợp lỏng lẻo với một trong các chất phản ứng, thay thế cầu nối bền chặt trong phân tử chất để có thể phản ứng được với các chất khác.

Nhĩ thu và thất thu với các sóng: điện tâm đồ bình thường

Trước khi co bóp của cơ có thể xảy ra, sự khử cực phải lan truyền qua cơ. Sóng P xảy ra vào lúc bắt đầu của co bóp của tâm nhĩ, và phức bộ QRS của các sóng xảy ra vào lúc bắt đầu co bóp của tâm thất.

Cảm giác tư thế: cảm giác cảm thụ bản thể

Sự nhận thức về tư thế, gồm cả động và tĩnh, phụ thuộc vào nhận biết về mức độ gập góc của tất cả các khớp trong các mặt phẳng và sự thay đổi tốc độ của chúng.

Dẫn truyền thị giác: đường dẫn truyền từ hai võng mạc đến vỏ não thị giác

Đường dẫn thị giác có thể được chia sơ bộ thành một hệ thống cũ tới trung não và nền não trước và một hệ thống mới để truyền trực tiếp tín hiệu hình ảnh về vỏ não thị giác ở thùy chẩm.

Cơ chế kích thích cơ bản các tuyến tiêu hóa

Điều hòa sự bài tiết của các tuyến bằng các hormone. Tại dạ dày và ruột, một vài hormone tiêu hóa khác nhau giúp điều hòa thể tích và đặc tính của các dịch bài tiết.

Chức năng sinh lý của oxytocin

Oxytocin làm co tử cung khi mang thai, khiến vú bài xuất sữa, Hormone oxytocin, kích thích mạnh mẽ co tử cung khi mang thai, nhất là trong giai đoạn cuối của thai kì.

Sinh lý tiêu hóa ở miệng và thực quản

Nhai là hoạt động cơ học của miệng có tác dụng nghiền xé thức ăn và trộn đều thức ăn với nước bọt. Nhai là một động tác nửa tự động, có lúc nhai được thực hiện tự động nhưng có khi được thực hiện chủ động.

Sinh lý điều hòa hô hấp

Ở những trạng thái khác nhau của cơ thể, hoạt động của trung tâm hô hấp cần phải điều chỉnh để giữ  PO2, PCO2, pH máu chỉ thay đổi trong giới hạn hẹp.

Cơ sở giải phẫu của hấp thu ở ruột

Bề mặt hấp thu của niêm mạc ruột non, thể hiện nhiều nếp gấp được gọi là nếp vòng, chúng tăng diện tích hấp thu của niêm mạc khoảng 3 lần, chúng thường nhô lên 8mm vào lòng ruột.

Nhịp nhanh kịch phát: rối loạn nhịp tim

Cơn nhịp nhanh kịch phát thường bị dừng lại bởi đáp ứng của thần kinh phế vị. Đáp ứng thần kinh phế vị gây bằng cách kích thích vào vùng thắt của xoang động mạch cảnh, đủ để gây ra đáp ứng ngừng cơn nhịp nhanh.

Lưu lượng của dòng bạch huyết của cơ thể

Bơm bạch huyết làm tăng dòng chảy bạch huyết. Van tồn tại trong tất cả các kênh bạch huyết. Van điển hình trong việc thu thập bạch huyết vào các mao mạch bạch huyết trống.

Sự điều hòa bài tiết pepsinogen ở dạ dày

Tốc độ bài tiết pepsinogen - tiền chất của pepsin gây nên sự tiêu hóa protein - bị ảnh hưởng rất mạnh bởi lượng acid có mặt trong dạ dày. Ở những bệnh nhân mất khả năng bài tiết lượng acid cơ bản.

Loạn nhịp nút xoang: nhịp xoang không bình thường

Loạn nhịp nút xoang có thể do 1 trong nhiều trạng thái của hệ tuần hoàn biến đổi làm tăng tín hiệu của thần kinh giao cảm và hệ thần kinh phó giao cảm đến nút xoang.

Tốc độ cung cấp máu cho cơ

Sự thay đổi lưu lượng máu trong quá trình co cơ. Lưu lượng tăng và giảm với mỗi cơ. Ở cuối thời kì co cơ, tốc độ máu tăng cao một vài giây và quay trở lại trạng thái bình thường trong vài phút sau đó.

So sánh tế bào trong cơ thể người với những dạng sống dưới tế bào

Những chất hóa học bên cạnh acid nucleic và những protein đơn giản trở thành những phần của sinh vật, và những chức năng chuyên biệt bắt đầu phát triển ở nhiều phần khác nhau của virus.

Cơ quan Corti: tầm quan trọng trong việc thu nhận âm thanh

Các thụ thể nhận cảm trong cơ quan Corti gồm 2 loại tế bào thần kinh được gọi là tế bào lông- một hàng tế bào lông ở trong, và 3 đến 4 hàng tế bào lông ở bên ngoài, gồm 12,000 tế bào có đường kính chỉ khoảng 8 micro mét.

Tái lập chênh lệch nồng độ ion natri và kali sau khi điện thế hoạt động màng tế bào kết thúc và vấn đề của chuyển hóa năng lượng

Các ion natri đã khuếch tán vào bên trong các tế bào trong suốt quá trình điện thế hoạt động và các ion kali vừa khuếch tán ra ngoài phải được trả lại trạng thái ban đầu.

Đại cương sinh lý học về máu

Máu được tim bơm vào hệ thống mạch máu và đi khắp cơ thể. Trong công tác chăm sóc sức khoẻ, máu đặc biệt được quan tâm vì có nhiều xét nghiệm chẩn đoán được thực hiện trên máu.

Các bất thường của áp lực đẩy máu động mạch

Ở người hẹp van động mạch chủ, đường kính của van động mạch chủ khi mở bị hạn chế rõ ràng và áp lực mạch chủ đập cũng giảm rõ bởi vì dòng máu đi ra bị giảm khi qua van bị hẹp đó.

Dịch cơ thể và muối trong tập luyện thể thao

Kinh nghiệm đã chứng minh vẫn còn vấn đề điện giải khác ngoài natri, là mất kali. Mất kali kết quả một phần từ sự tiết tăng aldosterone trong thích nghi với khí hậu nhiệt, làm tăng mất kali trong nước tiểu, cũng như mồ hôi.

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.

Kích thích: quá trình khởi đầu cho điện thế màng tế bào hoạt động

Kích thích điện âm yếu có thể không có khả năng kích thích một sợi. Tuy nhiên, khi điện áp của sự kích thích được tăng lên, tới một điểm mà tại đó sự kích thích không diễn ra.

Receptor: sự thích nghi và chức năng dự báo receptor tốc độ

Sự thích ứng của các loại thụ thể khác nhau cho thấy sự thích nghi nhanh chóng của một số thụ thể và sự thích ứng chậm của những thụ thể khác.