: phải hai lớp có thể được thừa nhận nhờ các lipit của màng Khi các lipit trỏ lại các cấu tạo lớp kép, hoặc là cấu trúc nguồn gốc, hoặc sản phẩm
19. Sự vận chuyển chủ động gây ra sự chuyển động chất tan ngược gradient nồng độ
ngược gradient nồng độ
Trong vận chuyển bị động, các thể vận chuyển thường vận chuyển xuống dưới gradient nồng độ do đó khơng xảy ra sự tích tụ chúng. Ngược lại, sự vận chuyển chủ động dẫn tới tích luỹ các chât tan ở trong một bên của màng. Vận chuyển chủ động là khơng thích hợp theo nhiệt động học (endergonic)(1) và xảy ra
(1) Ender gonic: Một q u á t r ì n h g ắ n với p h ả n ứ n g s i n h ho á học m à sản p h ấ m s a u p h ả n ứ n g có n ă n g l ư ợ n g t ự d o n h i ề u h ơ n c h ấ t l i ê u ban
đâu. Q uá t r ì n h liên q u a n vói sự đồng hố.
chỉ khi cặp đôi (một cách trực tiếp hay gián tiếp) vối quá trình toả nhiệt (exergonic), như sự hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, phản ứng oxi hoá, sự bẻ gãy ATP. Trong sự vận chuyển chủ động sơ cấp, sự tích luỹ chất tan gắn liền trực tiếp với phản ứng toả nhiệt (nghĩa là sự biến đổi từ ATP đến ADP + p vô cơ). Sự vận chuyển chủ động thứ cấp xảy ra khi vận chuyển thu nhiệt (lên dốíc) của một chất tan được gắn liền tới dòng toả nhiệt (xuống dốc) của chất tan khác đã được bơm lên nguyên vẹn nhờ sự vận chuyển chủ động sơ cấp.
Ị CÚNG CAN<; DĨICÁNG
I----------------------------
DĨNG VẬN CHƯYKN
Hình 3.40. Ba loại hệ thống vận chuyển phân biệt của nhiều chất tan (chất nền) đã vận chuyển và m ỗi loại được vận chuyển trực tiếp qua đó.
Kiểu của ba loại chất vận chuyển đã bàn trong bài. Sự vận chuyển này không phải loại vận chuyển chủ động hay bị động.
Tổng số năng lượng cần thiết để vận chuyển chất tan ngược gradient có thể được tính tốn dễ dàng từ gradient nồng độ lúc đầu. Phương trình cơ bản cho sự thay đổi nầng lượng tự do trong q trình hố học biến đổi cơ chất phản ứng (S) thành sản phẩm (P) là:
AG = AG(0) + RT ln Ịỉ-Ị
8
(1)
Ở đây R là hằng số khí = 8,315J/mol. T là nhiệt độ tuyệt dổi K. Khi phản ứng là sự vận chuyển đơn giản của chất tan từ vùng có nồng độ c ] đến vùng khác có nồng độ C2, khơng có liên kết nào được lập ra hay phá vỡ và sự trao đổi năng lượng tự do chuẩn AG (o) bằng 0. Sự trao đổi năng lượng tự do đối vối vận chuyển là như sau:
AG, = R T ln — (2)
Cị
Để có sự khác biệt 10 lần, chi phí của sự vận chuyển 1 mol chất tan khơng tích điện qua màng có hai th à n h phần ở 25°c như sau:
AGt = (8,315J/mol.K) (298K )ln— = 5705J/mol
hay là 5,7kJ/mol. Phương trình (2) có hiệu lực đối vối tấ t cả các chất tan khơng tích điện. Khi chất tan là một ion, sự chuyển động không kèm theo ion đối lập dẫn tới sự p h ân li nội năng của sự tích điện dương và âm. Vì vậy chi phí nảng lượng của sự chuyển động một ion phụ thuộc vào sự khác n h au th ế điện qua màng cũng như sự khác nhau về nồng độ hố học, đó là thế điện hoá học.
AGt =RT ln + z J (3)
C1
ở đây z là độ tích điện, J là hằng sô" Faraday (96480J/V.mol) và A«p là điện th ế chuyển màng (von). Kiểu tế bào n h â n chuẩn
có th ế điện qua màng sinh chất của nó từ 0,05 - 0,1V, vì thê,
dạng thứ hai của phương trình (2) là (3) có thể có ý nghĩa quan trọng tới sự biến đổi năng lượng tự do cho việc chuyển một ion. Hầu hết tế bào duy trì gradient nồng độ lớn hơn 10 lần qua màng sinh chất hay màng nội bào, vì th ế đốì với rấ t nhiều tê bào và mô, sự vận chuyển chủ động là một q trình tiêu tơn k nhiều năng lượng.
Cơ chế vận chuyển chủ động đóng vai trị quan trọng cơ bản trong sinh học. Như chúng ta sẽ thấy trong phần sau sự hình thành ATP trong ti thể (mitochondria) và lục lạp thực hiện nhờ cơ chế được ATP điều khiển sự vận chuyển ion thuận• • • • • / •
nghịch. Năng lượng tạo ra có thể được nhờ dòng proton giải phóng qua màng, có thể tính được theo phương trình (3). Lưu ý rằng dòng chảy xuống gradient nồng độ, kí hiệu AG là ngược lại đối vối sự vận chuyển ngược gradient nồng độ.