Vận chuyển thụ động qua màng bào tương

2013-04-11 08:07 AM

Khuếch tán đơn giản, là hình thức khuếch tán trong đó các phân tử vật chất được vận chuyển, từ nơi nồng độ cao đến nồng độ thấp.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Sự vận chuyển qua màng được thực hiện thông qua 3 hình thức chính: (1) vận chuyển thụ động (passive transport), không tiêu tốn năng lượng, (2) vận chuyển chủ động (active transport), cần tiêu tốn năng lượng và (3) hình thức vận chuyển bằng các túi (vesicular transport).

Khuếch tán đơn giản (simple diffusion)

Khuếch tán đơn giản là hình thức khuếch tán trong đó các phân tử vật chất được vận chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp và không tiêu tốn năng lượng.

Sự khác biệt về nồng độ của một chất 2 bên màng bào tương tạo nên một gradient nồng độ. Sự khác biệt này làm cho các phần tử chất đó đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân bằng động ở hai bên màng mà không đòi hỏi phải cung cấp năng lượng.

Sự khuếch tán qua màng bào tương

Hình: Sự khuếch tán qua màng bào tương.

a. khuếch tán qua lớp lipid kép; b. khuếch tán qua kênh.

1. dịch ngoại bào; 2. màng bào tương; 3. bào tương; 4. lớp phospholipid kép; 5. H2O, O2, CO2, N2, các steroid, vitamin trong mỡ, glycerol, rượu, ammonia; 6. kênh; 7. lỗ; 8. protein xuyên màng.

Sau khi đã  đạt được cân bằng, sự khuếch tán của các phân tử vẫn được tiếp tục duy trì tuy nhiên nồng độ của chúng ở hai bên màng không thay đổi.

Hiện tượng này phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước nhỏ.

Các phân tử tan trong lipid như oxygen, doxide carbon, nitrogen, các steroid, các vitamin tan trong lipid như A, D, E và K, glycerol, rượu và ammonia có thể đễ dàng đi qua lớp phospholipid kép của màng bào tương theo cả 2 phía bằng hình thức này (hình). Tốc độ khuếch tán của chúng tỷ lệ thuận vào khả năng tan trong lipid của các phân tử.

Các phần tử có kích thước nhỏ không tan trong lipid cũng có thể khuếch tán qua màng theo hình thức này thông qua các kênh (hình 4), như các ion natri (Na+), ion kali (K+), ion calci (Ca2+), ion clo (Cl-),  ion  bicarbonate (HCO3-) và urê. Tốc độ khuếch tán của chúng tỷ lệ thuận với kích thước phân tử, hình dạng và điện tích của các phần tử.

Nước không những dễ dàng đi qua lớp phospholipid kép mà còn khuếch tán qua các kênh này.

Hiện tượng thẩm thấu (osmosis)

Hiện tượng thẩm thấu là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử nước từ nơi có nồng độ nước cao (có nồng độ chất hòa tan thấp) tới nơi có nồng độ nước thấp (có nồng độ chất hòa tan cao). Một dung dịch có nồng độ các chất hòa tan càng cao thì áp lực thẩm thấu càng lớn và ngược lại.

Gradient áp lực thẩm thấu được hình thành hai bên màng do sự có mặt của các chất hoà tan với các nồng độ khác nhau ở mỗi bên.

Dưới tác động của áp lực thẩm thấu nước sẽ di chuyển từ nơi có áp lực thẩm thấu thấp đến nơi có áp lực thẩm thấu cao để đạt đến sự cân bằng áp lực thấm thấu.

Bình thường áp lực thẩm thấu ở trong tế bào cân bằng với áp lực thẩm thấu trong dịch ngoại bào nhờ đó thể tích của tế bào duy trì được sự hằng định một cách tương đối, trong khi đó áïp lực thẩm thấu của huyết tương lại cao hơn so với dịch kẻ bao quanh các thành mao mạch, sự khác biệt này làm nước sẽ di chuyển từ phía mô kẻ và trong lòng mao mạch. Các tình huống làm giảm áp lực thẩm thấu của huyết tương sẽ làm ứ trệ nước trong dịch kẻ và dịch ngoại bào.

Hiện tượng khuếch tán qua trung gian (facilitated diffusion)

Hiện tượng khuếch tán qua trung gian (hình 5) là hiện tượng khuếch tán của các chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp nhờ vai trò trung gian của các protein đóng vai trò chất vận chuyển trên màng bào tương. Tốc độ của kiểu khuếch tán này phụ thuộc vào sự khác biệt về nồng độ của chất được vận chuyển ở hai bên màng và số lượng của các chất vận chuyển đặc hiệu.

Trong cơ thể  các ion, urê, glucose, fructose, galactose và một số vitamin không có khả năng tan trong lipid để đi qua lớp phospholipid kép của màng sẽ di chuyển qua màng theo hình thức này.

Ví dụ: Glucose là một trong những chất quan trọng đối với hoạt động sống của tế bào được vận chuyển vào theo hình thức khuếch tán qua trung gian để đi vào trong tế bào, quá trình này diễn ra theo các bước trình tự như sau:

Sự khuếch tán qua màng trung gian

Hình: Sự khuếch tán qua màng trung gian.

1. dịch ngoại bào; 2. màng bào tương; 3. bào tương; 4. protein xuyên màng; 5. gradien nồng độ.
 

Glucose gắn vào chất vận chuyển đặc hiệu ở phía bên ngoài màng, các chất vận chuyển này khác nhau tùy theo từng loại tế bào.

Chất vận chuyển thay đổi hình dạng.

Glucose đi qua màng và giải phóng vào trong tế bào, tại đây enzyme kinase sẽ gắn một nhóm phosphat vào phân tử glucose để tạo thành glucose 6-phosphate. Phản ứng này giúp duy trì nồng độ glucose trong tế bào luôn luôn ở mức thấp tạo điều kiện cho glucose luôn luôn được vận chuyển vào bên trong.

Bài viết cùng chuyên mục

Hệ tuần hoàn: đặc tính sinh lý

Chức năng của động mạch là chuyển máu dưới áp lực đến mô. Để đảm bảo chức năng này, động mạch có thành dày, và máu di chuyển với tốc độ cao trong lòng động mạch.

Trao đổi khí ở phổi: vật lý của sự khuếch tán khí và phân áp khí

Áp suất được gây ra bởi tác động của phân tử chuyển động chống lại bề mặt, do đó, áp lực của khí tác động lên bề mặt của đường hô hấp và các phế nang cũng tỷ lệ thuận với lực tác động mà tất cả các phân tử khí ở bề mặt ngoài.

Cơ chế kiểm soát lưu lượng máu đến mô cơ thể

Kiểm soát tức thời đạt được bằng cách co hoặc giãn các tiểu động mạch, mao mạch và cơ vòng trước mao mạch, trong vài giây đến vài phút. Kiểm soát lâu dài thay đổi từ từ, trong khoảng vài ngày, vài tuần thậm chí hàng tháng.

Shock điện khử rung thất: điều trị rối loạn nhịp tim

Dòng điện khử rung được đưa đến tim dưới dạng sóng hai pha. Dạng dẫn truyền này về căn bản giảm năng lượng cần thiết cho việc khử rung, và giảm nguy cơ bỏng và tổn thương cơ tim.

Cơ chế bài tiết insulin

Bên trong tế bào, glucose được phosphoryl hóa thành glucose-6-phosphate bởi glucokinase. Sự phosphoryl hóa này có một ngưỡng cho chuyển hóa glucose ở tế bào beta, được cho là cơ chế chính của sự nhạy cảm với glucose gây tiết insulin.

Sinh lý nội tiết tuyến yên

Tuyến yên là một tuyến nhỏ, đường kính khoảng 1 cm, nằm trong hố yên của xương bướm, nặng 0,5g. Tuyến yên liên quan mật thiết với vùng dưới đồi qua đường mạch máu và đường thần kinh, đó là hệ thống cửa dưới đồi - yên.

Vùng dưới đồi điều khiển sự bài tiết của tuyến yên

Vùng dưới đồi là một trung tâm thu nhận thông tin liên quan đến các trạng thái của cơ thể, và những tín hiệu này được dùng để điều khiển sự bài tiết các hormone có tác dụng toàn thân từ tuyến yên.

Hệ thống cột tủy sau: giải phẫu dải cảm giác giữa

Các sợi thần kinh đi vào cột tủy sau tiếp tục không bị gián đoạn đi lên hành tủy sau, là nơi chúng tạo synap trong nhân cột sau. Từ đây, các nơ-ron cấp hai bắt chéo ngay sang bên đối diện của thân não và tiếp tục đi lên qua dải cảm giác giữa đến đồi thị.

Chẩn đoán sinh lý đái tháo đường

Các hiệu ứng cơ bản của tình trạng thiếu insulin hoặc kháng insulin đến quá trình chuyển hóa glucose là ngăn chặn sự hấp thu và sử dụng hiệu quả glucose của hầu hết các tế bào của cơ thể, ngoại trừ những tế bào trong não.

Điều hòa thần kinh của lưu lượng máu ống tiêu hóa

Sự kích thích hệ thần kinh phó giao cảm dẫn truyền tới dạ dày và đại tràng làm tăng lượng máu tại chỗ trong cùng một lúc và làm tăng hoạt động bài tiết của tuyến.

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.

Mắt như cái máy ảnh: cơ chế quang học của mắt

Cùng với cách mà thấu kính máy ảnh làm hội tụ hình ảnh trên tấm phim, hệ thấu kính của mắt cũng làm hội tụ ảnh trên võng mạc. Hình ảnh này sẽ bị đảo ngược và đổi bên so với vật thực.

Ảnh hưởng của gia tốc tuyến tính lên cơ thể

Vấn đề cũng xẩy ra trong quá trình giảm tốc, khi tàu không gian trở vào khí quyển. Một người di chuyển ở Mach 1 (tốc độ âm thanh và của máy bay nhanh) có thể giảm tốc an toàn trong khoảng cách tầm 0.12 dặm.

Phế nang: tốc độ thông khí của phế nang

Một trong những chức năng quan trọng của đường hô hấp là giữ chúng luôn mở và cho phép không khí đi lại đến phế nang dễ dàng. Để giữ khí quản khỏi xẹp, nhờ có sụn nhẫn.

Phân tích đồ thị bơm máu của tâm thất

Đường cong áp suất tâm thu được xác định nhờ ghi lại áp suất tâm thu đạt được khi tâm thất co tại mỗi thể tích được làm đầy.

Cung lượng tim: đánh giá theo nguyên lý thay đổi nồng độ ô xy

Đo nồng độ oxy dòng máu tĩnh mạch được đo qua catheter đưa từ tĩnh mạch cánh tay, qua tĩnh mạch dưới đòn và vào tâm nhĩ phải,cuối cùng là tâm thất phải và động mạch phổi.

Tổ chức lại cơ để phù hợp với chức năng

Các đường kính, chiều dài, cường độ, và cung cấp mạch máu của chúng bị thay đổi, và ngay cả các loại của sợi cơ cũng bị thay đổi ít nhất một chút.

Điện tâm đồ: nguyên tắc phân tích trục điện tim

Bất kỳ sự thay đổi nào về sự dẫn truyền xung động này có thể gây ra sự bất thường điện thế của tim và hậu quả là gây ra sự thay đổi hình dạng các sóng trên điện tâm đồ.

Vùng vỏ não vận động sơ cấp và nhân đỏ: sự hoạt hóa những vùng chi phối vận động ở tủy sống

Những neuron của nhân đỏ có cùng các đặc tính động và tĩnh, ngoại trừ việc ở nhân đỏ tỉ lệ các neuron động nhiều hơn các neuron tĩnh, trong khi ở vùng vận động sơ cấp thì ngược lại.

Cân bằng dinh dưỡng trong cơ thể

Ngay lập tức sau một bữa ăn gồm cả carbohydrates, protein và chất béo, phần lớn thức ăn được chuyển hóa là carbohydrates, vì thế thương số hô hấp tại thời điểm đó tiệm cận một.

Điều hòa glucose máu

Khi lượng đường trong máu tăng lên đến một nồng độ cao sau bữa ăn và insulin tiết ra cũng tăng lên, hai phần ba lượng đường hấp thu từ ruột là gần như ngay lập tức được lưu trữ dưới dạng glycogen trong gan.

Cung lượng tim: chỉ số khi nghỉ ngơi và khi gắng sức

Cung lượng tim được điều chỉnh suốt cuộc đời thông qua chuyển hóa cơ bản chung của cơ thể. Vì vậy chỉ số cung lượng tim giảm biểu thị sự giảm hoạt động thể chất hay giảm khối cơ tương ứng với tuổi.

Duy trì huyết áp động mạch bình thường: vai trò của hệ thống Renin-Angiotensin mặc dù có biến đổi lớn lượng muối vào

Hệ thống renin-angiotensin có lẽ là hệ thống mạnh mẽ nhất của cơ thể, làm thay đổi nhỏ huyết áp động mạch khi có lượng muối nhập vào dao động lớn.

Các hormone hoạt động chủ yếu trên bộ máy gen của tế bào

Các hormone hoạt động chủ yếu trên bộ máy gen của tế bào, các hormone steroid làm tăng tổng hợp protein, các hormone tuyến giáp làm tăng quá trình phiên mã gen trong nhân tế bào.

Sinh lý nội tiết tuyến giáp

Tuyến giáp nằm trước khí quản, dưới sụn giáp, nặng 20-25g, gồm 2 thùy, có eo ở giữa, cao 6cm, rộng 3cm, dày 2cm. Cấu trúc gồm nhiều nang giáp, trong chứa đầy dịch keo, xen lẫn hệ thống mạch máu rất phong phú (1% lưu lượng tim), ở đây tổng hợp và dự  trữ hormon T3, T4.