Mô tả chi tiết các phương thức vận chuyển chất qua màng tế bào, phân biệt vận chuyển chủ động và vận chuyển thụ động, cho ví dụ minh họa cho từng loại.

Dưới đây là mô tả chi tiết các phương thức vận chuyển chất qua màng tế bào, phân biệt giữa vận chuyển thụ động và vận chuyển chủ động, kèm theo ví dụ minh họa cho từng loại. 1. Tổng quan về màng sinh chất – Màng sinh chất có cấu trúc lõi kép phospholipid xen kẽ protein và cholesterol. – Vật chất (ion, phân tử) có thể qua lại màng theo nhiều cơ chế khác nhau, phụ thuộc kích thước, tính tan trong lipid, và chênh lệch nồng độ hay điện tích hai bên màng. 2. Vận chuyển thụ động (không tốn năng lượng ATP) a. Khuếch tán đơn giản (simple diffusion) – Cơ chế: Các phân tử nhỏ không phân cực (O₂, CO₂, N₂, steroid) di chuyển từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp cho đến cân bằng. – Ví dụ: Oxy thẩm thấu qua màng hồng cầu vào máu; CO₂ khuếch tán ra ngoài phổi khi thở ra. b. Khuếch tán thuận lợi (facilitated diffusion) – Cơ chế: Chất tan (lớn hơn hoặc phân cực) gắn vào protein mang (carrier) hoặc đi qua kênh (channel) mà không cần ATP, nhờ chênh lệch nồng độ. – Phân loại: • Kênh ion (ion channel): lựa chọn ion, được điều hòa bởi điện thế (voltage-gated) hoặc bởi chất gắn (ligand-gated). • Protein mang (carrier/uniporter): thay đổi cấu hình để đưa chất qua. – Ví dụ: • Glucose qua GLUT1 ở hồng cầu. • Cl⁻ đi qua kênh CFTR trong biểu mô phổi. c. Thẩm thấu (osmosis) – Cơ chế: Sự di chuyển của nước qua màng bán thấm từ nơi có áp suất thẩm thấu thấp (ít chất tan) sang nơi có áp suất thẩm thấu cao (nhiều chất tan). – Thúc đẩy bởi kênh chứa protein aquaporin. – Ví dụ: Vận chuyển nước vào tế bào thận qua aquaporin-2 dưới tác dụng của hormon ADH. 3. Vận chuyển chủ động (tốn năng lượng ATP trực tiếp hoặc gián tiếp) a. Vận chuyển chủ động nguyên phát (primary active transport) – Cơ chế: Protein bơm sử dụng năng lượng giải phóng trực tiếp từ phân giải ATP để đẩy ion/nguyên tố đi ngược chiều chênh lệch nồng độ hoặc điện thế. – Ví dụ tiêu biểu: • Bơm Na⁺/K⁺-ATPase (3 Na⁺ ra ngoài, 2 K⁺ vào trong, một chu kỳ tiêu thụ 1 ATP) duy trì điện thế nghỉ của tế bào. • Bơm Ca²⁺-ATPase trên màng lưới nội chất để bơm Ca²⁺ trở về kho dự trữ. b. Vận chuyển chủ động thứ phát (secondary active transport) – Cơ chế: Dựa vào gradient ion (thường Na⁺) do bơm nguyên phát tạo ra. Ion di chuyển thuận chiều gradient tạo lực đẩy để kéo theo phân tử khác đi ngược chiều gradient. – Phân loại: • Symport (cùng chiều): Na⁺-glucose cotransporter (SGLT) ở ruột non/ống thận, Na⁺ vào tế bào đồng thời kéo glucose vào. • Antiport (ngược chiều): Na⁺/Ca²⁺ exchanger, Na⁺ vào tế bào đẩy Ca²⁺ ra ngoài. – Ví dụ: • Tái hấp thu glucose ở ống lượn gần thận nhờ SGLT2. • Thải Ca²⁺ ra khỏi tế bào tim qua Na⁺/Ca²⁺ exchanger. c. Vận chuyển bọc (vesicular transport, cũng thuộc nhóm chủ động) – Cơ chế: Màng tế bào tạo túi bọc (vesicle) để đưa vật chất lớn hoặc nhiều phân tử qua màng. – Các hình thức: • Thực bào (phagocytosis): tế bào bắt giữ và nuốt hạt lớn (vi khuẩn, mảnh vụn) thành túi nuôi cấy (phagosome). • Ẩm bào (pinocytosis): hút dịch ngoại bào và các phân tử trong dịch vào túi nhỏ. • Trung gian thụ thể (receptor-mediated endocytosis): tiếp nhận đặc hiệu qua receptor rồi đóng túi (ví dụ: thu nhận LDL qua receptor LDL). • Ngoại bào (exocytosis): túi nội bào (ví dụ túi tiết insulin) hòa màng giải phóng sản phẩm ra ngoại bào. – Ví dụ: • Bạch cầu thực bào vi khuẩn qua phagocytosis. • Tế bào gan nhập LDL vào nội bào qua receptor-mediated endocytosis. • Tế bào β đảo tụy tiết insulin ra máu bằng exocytosis. 4. So sánh vận chuyển thụ động và chủ động – Nguồn năng lượng: + Thụ động: không tiêu tốn ATP; phụ thuộc chênh lệch nồng độ/điện thế. + Chủ động: cần ATP (nguyên phát) hoặc gradient do ATP tạo ra (thứ phát). – Chiều di chuyển so với gradient: + Thụ động: thuận chiều gradient (từ cao → thấp). + Chủ động: ngược chiều gradient (từ thấp → cao). – Tốc độ và tính chọn lọc: + Thụ động: thường nhanh với các kênh mở, ít chọn lọc ở khuếch tán đơn giản. + Chủ động: chậm hơn do phụ thuộc cơ chế bơm/carrier, rất chọn lọc. Như vậy, tùy tính chất hóa học và nhu cầu của tế bào, màng sinh chất sử dụng một hoặc phối hợp nhiều cơ chế trên để điều hòa sự cân bằng nội môi và thực hiện các chức năng đặc thù.