Back to chapter

5.10:

תובלה בעלת סיוע

JoVE Core
Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Biology
Facilitated Transport

Languages

Share

לפעמים, חומרים, כגון יונים טעונים, נדחים על-ידי השכבה ההידרופובית של הקרום, ובכך עוצרים דיפוזיה בתהליך העברה תוך סיוע, או דיפוזיה מסתייעת, מולקולות יכולות לנוע מעבר לקרום באמצעות חלבוני תעלה או חלבוני נשא המאפשרים פעפוע ללא צריכת אנרגיה נוספת. הסוג הראשון, חלבוני תעלה, יוצרים נקבובית הידרופילית שדרכה המולקולות הטעונות יכולות לעבור, ובכך להמנע מהשכבה ההידרופובית של הקרום. תעלות אלה או פתוחות תמיד או מבוקרות על-ידי מנגנון כלשהו לשליטה על זרימה.הקטגוריה השנייה, חלבוני נשא, קושרים חומרים מסוימים, וגורמים לשינוי קונפורמטיבי של התעלה, מה שמאפשר תנועה במורד המפל. מסיבה זו, קצב ההעברה אינו תלוי במפל הריכוזים, אלא במספר חלבוני הנשא הזמינים. למרות היותה מורכבת יותר מדיפוזיה פשוטה, העברה תוך סיוע מאפשרת דיפוזיה המתרחשת בקצב מדהים, שבה חלבוני תעלה מעבירים עשרות מיליונים של מולקולות בשנייה, בעוד חלבוני נשא מעבירים אלף עד מיליון מולקולות בשנייה.

5.10:

תובלה בעלת סיוע

The chemical and physical properties of plasma membranes cause them to be selectively permeable. Since plasma membranes have both hydrophobic and hydrophilic regions, substances need to be able to transverse both regions. The hydrophobic area of membranes repel substances such as charged ions. Therefore, such substances need special membrane proteins to cross a membrane successfully. In the process of facilitated transport, also known as facilitated diffusion, molecules and ions travel across a membrane via two types of membrane transport proteins: channels and carrier proteins. These membrane transport proteins enable diffusion without requiring additional energy.

Channel Proteins

Channel proteins form a hydrophilic pore through which charged molecules can pass through, thus avoiding the hydrophobic layer of the membrane. Channel proteins are specific for a given substance. For example, aquaporins are channel proteins that specifically facilitate the transport of water through the plasma membrane.

Channel proteins are either always open or gated by some mechanism to control flow. Gated channels remain closed until a particular ion or substance binds to the channel, or some other mechanism occurs. Gated channels are found in the membranes of cells such as muscle cells and nerve cells. Muscle contractions occur when the relative concentrations of ions on the interior and exterior sides of a membrane change due to the controlled closing or opening of channel gates. Without a regulated barrier, muscle contraction would not occur efficiently.

Carrier Proteins

Carrier proteins bind to a specific substance causing a conformational change in the protein. The conformational change enables movement down the substance’s concentration gradient. For this reason, the rate of transport is not dependent on the concentration gradient, but rather on the number of carrier proteins available. Although it is known that proteins change shape when their hydrogen bonds are destabilized, the complete mechanism by which carrier proteins change their conformation is not well understood.

Diffusion Rates

Even though more involved than simple diffusion, facilitated transport enables diffusion to occur at incredible rates. Channel proteins move tens of millions of molecules a second, and carrier proteins move a thousand to a million molecules a second.

Suggested Reading

Isacoff, Ehud Y., Lily Y. Jan, and Daniel L. Minor. “Conduits of Life’s Spark: A Perspective on Ion Channel Research since the Birth of Neuron.” Neuron 80, no. 3 (October 30, 2013). [Source]