Trao đổi chất qua màng tế bào
I. Khái niệm trao đổi chất qua màng tế bào
- Khái niệm: Trao đổi chất qua màng tế bào là quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua màng tế bào.
- Vai trò: Tế bào không thể tồn tại nếu không có hoạt động trao đổi chất với môi trường bên ngoài.
- Giúp tế bào lấy được các chất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào.
- Giúp tế bào đào thải những chất thải phát sinh trong các hoạt động sống của tế bào.
- Đặc điểm:
- Tế bào chỉ cho những chất nhất định ra, vào tế bào.
- Vật chất mà tế bào cần trao đổi với môi trường có thể rất nhỏ như các loại ion cho tới các đại phân tử sinh học, thậm chí cả một tế bào khác.
- Cơ chế:
- Vận chuyển thụ động: khuếch tán đơn giản, khuếch tán tăng cường, thẩm thấu.
- Vận chuyển chủ động
- Vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào: thực bào, ẩm bào, xuất bào.
- Các phân tử nhỏ ra, vào tế bào chủ yếu qua sự khuếch tán.
- Các phân tử lớn không thể khuếch tán qua màng, tế bào có các cơ chế đặc biệt để vận chuyển chúng.
II. Các cơ chế trao đổi chất qua màng tế bào
1. Vận chuyển thụ động
- Vận chuyển thụ động là kiểu khuếch tán các chất từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất thấp – xuôi chiều gradient nồng độ.
- Không tiêu tốn năng lượng.
- Các chất có thể khuếch tán qua lớp kép phospholipid hoặc qua các protein xuyên màng.
a) Khuếch tán đơn giản và khuếch tán tăng cường
|
|
Thành phần (màng tế bào) tham gia khuếch tán |
Đặc điểm chất khuếch tán |
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán |
|
Khuếch tán đơn giản |
Lớp kép phospholipid. |
Các chất không phân cực và có kích thước nhỏ: các chất khí, các phân tử kị nước (hormone steroid, vitamin tan trong lipid,…). |
Phụ thuộc vào bản chất khuếch tán, sự chênh lệch nồng độ các chất bên trong và bên ngoài cũng như thành phần hóa học của lớp phospholipid kép. |
|
Khuếch tán tăng cường |
Kênh protein chuyên biệt – protein xuyên màng. |
Các chất không thể khuếch tán qua lớp kép phospholipid của màng tế bào như các ion, các chất phân cực, các amino acid,… |
Không chỉ phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán mà còn phụ thuộc vào số lượng kênh protein đóng mở trên màng. Ngoài ra, sự khuếch tán của các ion qua các kênh protein còn phụ thuộc vào sự chênh lệch về điện thế giữa hai phía của màng. |
b) Thẩm thấu
- Khái niệm thẩm thấu: Thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử nước qua màng tế bào.
- Cơ chế thẩm thấu:
- Nước di chuyển từ vùng có nhiều phân tử nước (còn gọi là vùng có nồng độ chất tan thấp hoặc vùng có thế nước cao) sang vùng có ít phân tử nước hơn (còn gọi là vùng có nồng độ chất tan cao hoặc vùng có thế nước thấp).
- Tốc độ thẩm thấu của nước phụ thuộc vào áp suất thẩm thấu của tế bào. Áp suất thẩm thấu của tế bào cao hay thấp phụ thuộc vào nồng độ chất tan trong tế bào.
- Dựa vào nồng độ chất tan trong dung dịch có dung môi là nước, người ta chia môi trường bên trong và bên ngoài tế bào thành các loại: ưu trương, đăng trương và nhược trương.
|
Môi trường |
Đặc điểm môi trường |
Hình dạng tế bào thay đổi khi ở trong các môi trường |
|
|
Tế bào động vật |
Tế bào thực vật |
||
|
Đẳng trương |
Môi trường có nồng độ chất tan bằng nồng độ chất tan trong tế bào → Các phân tử nước di chuyển ở trạng thái cân bằng. |
Hình dạng tế bào không thay đổi. |
Hình dạng tế bào không thay đổi. |
|
Nhược trương |
Môi trường có nồng độ chất tan thấp hơn bên trong tế bào → Các phân tử nước thẩm thấu vào trong tế bào. |
Tế bào trương lên và có thể bị vỡ ra. |
Tế bào trương lên nhưng không vỡ ra do có thành tế bào tạo lực cản chống lại sự khuếch tán của các phân tử nước. |
|
Ưu trương |
Môi trường có nồng độ chất tan lớn hơn bên trong tế bào → Các phân tử nước thẩm thấu ra ngoài tế bào. |
Cả tế bào co lại. |
Chất nguyên sinh cùng màng sinh chất co lại, tách khỏi thành tế bào (hiện tượng co nguyên sinh). |
2. Vận chuyển chủ động
- Khái niệm: Vận chuyển chủ động (vận chuyển tích cực) là kiểu vận chuyển các chất qua màng từ nơi có nồng độ chất tan thấp tới nơi có nồng độ chất tan cao (ngược chiều gradient nồng độ) và cần tiêu tốn năng lượng.
- Đặc điểm:
- Cần có sự tham gia của các protein kênh vận chuyển hoạt động như những chiếc bơm, bơm các chất từ nơi có nồng độ thấp tới nơi có nồng độ cao.
- Cần phải cung cấp năng lượng dưới dạng ATP.
- Bơm Na – K là một loại protein, sử dụng năng lượng ATP để vận chuyển các ion Na + và K + ra vào tế bào ngược chiều gradient nồng độ
Ví dụ: Tế bào thận sử dụng tới 90 % năng lượng của tế bào để lọc máu và bơm các amino acid và glucose từ nước tiểu trở lại máu; các tế bào niêm mạc dạ dày phải bơm H+ và Cl- vào dạ dày tạo môi trường acid để tiêu hóa thức ăn và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh;…
- Vai trò: Thông qua sự vận chuyển chủ động, tế bào lấy các chất cần thiết và điều hòa nồng độ các chất trong tế bào.
3. Vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào
- Là hình thức vận chuyển các vật chất có kích thước lớn, không thể vận chuyển qua các protein xuyên màng: protein, đường đa, DNA,…
- Vận chuyển thông qua sự biến màng tế bào.
- Có tiêu tốn năng lượng ATP.
- Gồm các hình thức: thực bào, ẩm bào và xuất bào.
a) Thực bào và ẩm bào
- Thực bào: Là hình thức tế bào lấy các phân tử có kích thước lớn, thậm chí là cả một tế bào, nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Ẩm bào: Là hình thức tế bào lấy các chất tan từ môi trường nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Cơ chế thực bào và ẩm bào: Màng tế bào bao bọc lấy vật chất cần vận chuyển tạo nên một túi vận chuyển tách rời khỏi màng và đi vào trong tế bào chất.
- Trong hình thức thực bào và ẩm bào, tế bào có thể "chọn" được những chất cần thiết nhờ những protein thụ thể trên màng tế bào.
b) Xuất bào
- Xuất bào: Là hình thức vận chuyển các chất có kích thước lớn ra khỏi tế bào nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Cơ chế: Các chất có kích thước lớn cần đưa ra khỏi tế bào được bao bọc trong túi vận chuyển, sau đó túi này liên kết với màng tế bào giải phóng các chất ra bên ngoài.
