Tính thấm chọn lọc nghĩa là gì? ví dụ

Tính thấm chọn lọc là khả năng của một số màng chỉ cho phép các chất hòa tan cụ thể đi từ bên này sang bên kia. Đó là, nó đề cập đến khả năng mà nó tạo ra để chọn hoặc chọn các chất hòa tan có thể đi qua và những chất không thể đi qua, do đó điều chỉnh sự vận chuyển của các phân tử và ion qua màng.

Một lớp màng thể hiện tính thấm có chọn lọc hoạt động giống như người gác cổng của một câu lạc bộ độc quyền, theo dõi cẩn thận ai vào và ai không để đảm bảo rằng chỉ những người phù hợp mới được vào bên trong. Ngoài ra, nó còn chịu trách nhiệm loại bỏ những phân tử phải ra ngoài. Loại vận chuyển này có thể được thực hiện một cách thụ động (ngược gradien nồng độ và không cần năng lượng) hoặc chủ động (ngược gradien nồng độ và thông qua quá trình thủy phân ATP hoặc GTP).

Màng thấm chọn lọc so với màng bán thấm

Một thuật ngữ liên quan thường bị nhầm lẫn nhiều với tính thấm chọn lọc là tính bán thấm . Thật vậy, nhiều nhà sinh vật học và chuyên gia khoa học sức khỏe, cũng như các tài liệu về sinh học và y học, sử dụng cả hai thuật ngữ như thể chúng giống nhau, trong khi điều này không hoàn toàn đúng.

Màng bán thấm là những màng hạn chế sự đi qua của các chất hòa tan dựa trên các đặc tính như kích thước, tính phân cực và điện tích của chúng. Theo nghĩa này, một màng bán thấm cho phép một chất tan trung tính có kích thước nhất định đi qua sẽ cho phép tất cả các chất tan trung tính có kích thước đó hoặc những chất nhỏ hơn đi qua, nhưng nó sẽ không cho phép các phân tử trung tính lớn hơn đi qua.

Đây là nguyên tắc hoạt động của màng bán thấm được sử dụng để khử muối trong nước biển bằng thẩm thấu ngược . Đây là những màng tổng hợp polyme có các lỗ rất nhỏ chỉ cho phép các phân tử nước đi qua chứ không cho phép các ion hòa tan hoặc các chất hòa tan trung tính lớn hơn đi qua.

Mặt khác, một màng có tính thấm chọn lọc có thể thấm được một phân tử như glucose, nhưng không thấm được với một loại carbohydrate khác, thậm chí nhỏ hơn. Lý do là, trong trường hợp thấm chọn lọc, tính chọn lọc này cụ thể hơn nhiều so với trường hợp bán thấm.

Có lẽ sự nhầm lẫn hoặc lý do tại sao các nhà sinh học thường sử dụng cả hai thuật ngữ thay thế cho nhau là vì màng tế bào lại là một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về màng bán thấm và màng thấm chọn lọc. Trên thực tế, trong tế bào, tính bán thấm và tính thấm chọn lọc hầu như luôn đi đôi với nhau và phối hợp với nhau để kiểm soát sự vận chuyển vào và ra khỏi tế bào và do đó duy trì sự cân bằng phức tạp giữ cho mỗi tế bào tồn tại và hoạt động hiệu quả.

cơ chế chọn lọc

Một sự khác biệt cơ bản giữa tính chọn lọc và tính bán thấm là cơ chế theo đó các hạt được hoặc không được phép truyền từ mặt này sang mặt kia của màng. Trong trường hợp màng bán thấm, thẩm thấu và khuếch tán đơn giản là cơ chế vận chuyển chính. Sự thẩm thấu xảy ra khi các phân tử nước đi qua màng qua các lỗ được tạo bởi các protein gọi là aquaporin, di chuyển từ ngăn loãng hơn sang ngăn chứa nhiều chất hòa tan hơn.

Mặt khác, màng được hình thành bởi một lớp kép phospholipid với các nhóm photphat ưa nước lộ ra ở cả hai bên của màng trong khi các đuôi kỵ nước của axit béo tập trung ở trung tâm. Điều này ngăn cản các chất hòa tan và ion phân cực đi qua màng, nhưng các chất hòa tan không phân cực nhỏ như oxy và carbon dioxide có thể tự do khuếch tán từ bên này sang bên kia.

Thay vào đó, tính chọn lọc của màng đối với sự đi qua của các chất hòa tan hầu như luôn được trung gian bởi một hoặc nhiều protein màng. Tính thấm chọn lọc liên quan đến khuếch tán thuận lợi hoặc vận chuyển tích cực .

khuếch tán thuận lợi

Khuếch tán được tạo điều kiện là một loại vận chuyển thụ động qua trung gian protein vận chuyển . Trong trường hợp điển hình, các protein này liên kết với chất tan (hoặc cơ chất) ở một bên của màng. Khi chất hòa tan liên kết, protein thay đổi cấu trúc, đẩy chất hòa tan qua màng và giải phóng nó ở phía bên kia.

Ví dụ về tính thấm chọn lọc bằng khuếch tán thuận lợi

• Ví dụ cổ điển về loại cơ chế vận chuyển glucose này được trung gian bởi một họ protein gọi là chất vận chuyển glucose (rất dễ nhớ). Có cả một họ protein vận chuyển được gọi là SLC2 chịu trách nhiệm vận chuyển có chọn lọc các carbohydrate, cation và anion vô cơ cụ thể và các chất hòa tan khác.

Vận chuyển tích cực qua màng

Trong trường hợp vận chuyển tích cực , điều này đề cập đến việc vận chuyển các chất hòa tan qua màng ngược với gradient nồng độ của chúng. Bằng cách đi ngược lại gradient này, năng lượng phải được cung cấp để quá trình diễn ra, đó là lý do tại sao nó được gọi là vận chuyển “tích cực”.

Có hai loại vận chuyển tích cực chính, đó là vận chuyển tích cực sơ cấp (khi một enzym được gọi là bơm vận chuyển chất tan trực tiếp ngược với gradient của nó) và vận chuyển tích cực thứ cấp (trong đó một bơm vận chuyển một chất tan khác ngược với gradient của nó, và sau đó gradient này cung cấp năng lượng để vận chuyển chất tan thứ hai ngược chiều gradient của nó trong khi chất thứ nhất di chuyển ngược chiều gradient của nó.)

Ví dụ về tính thấm chọn lọc bằng vận chuyển tích cực

• Ví dụ về vận chuyển tích cực sơ cấp, chúng ta có thể kể đến bơm natri/ kali , sử dụng năng lượng chứa trong một phân tử ATP để vận chuyển đồng thời 3 ion natri ra khỏi tế bào và 2 ion kali vào trong, trong cả hai trường hợp, chúng chống lại nhau. gradient nồng độ.
• Một ví dụ khác về vận chuyển tích cực là bơm proton ở màng trong ty thể. Trong trường hợp cụ thể này, năng lượng cần thiết để di chuyển các proton ngược với gradient nồng độ của chúng đến từ các phản ứng oxi hóa khử của chuỗi hô hấp hiếu khí . Kiểu vận chuyển này làm cho màng trong của ty thể trở thành màng thấm chọn lọc.
• Cuối cùng, như một ví dụ về vận chuyển tích cực thứ cấp là tính thấm chọn lọc của màng đối với các ion canxi qua trung gian natri canxi. Bộ chuyển dịch ngược này sử dụng gradient nồng độ natri do bơm natri kali tạo ra để bơm một ion canxi ra khỏi tế bào trong khi 3 ion natri đi vào.

Người giới thiệu

Fluence Corp (ngày 11 tháng 9 năm 2019). Màng xử lý nước và quy trình của chúng. Lấy từ https://www.fluencecorp.com/es/membranas-de-tratamiento-de-agua/

Pérez, JM và Noriega B., MJ (). VẬN CHUYỂN QUA MÀNG. Kho khóa học mở. Lấy từ https://ocw.unican.es/pluginfile.php/879/course/section/967/Tema%25204-Bloque%2520II-Transporte%2520a%2520traves%2520de%2520Membrana.pdf

Tính thấm chọn lọc (sf). Từ điển y khoa. Lấy từ https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/permeabilidad-selectiva

Sagle, A. & Freeman, B. (2004). Nguyên tắc cơ bản của màng xử lý nước. Lấy từ https://texaswater.tamu.edu/readings/desal/membranetechnology.pdf

Màng bán thấm (sf). Tạp chí Khoa học & Công nghệ màng. Lấy từ https://www.longdom.org/peer-reviewed-journals/semipermeable-membrane-6018.html