Активен транспорт: Преглед на първичните и вторичните

Активният транспорт изисква енергия, за да работи и това е начинът, по който клетката движи молекулите. Транспортирането на материали в и извън клетките е от съществено значение за цялостната функция.

Активен транспорт и пасивен транспорт са двата основни начина, по които клетките преместват вещества. За разлика от активния транспорт, пасивният транспорт не изисква никаква енергия. По-лесният и евтин начин е пасивният транспорт; повечето клетки обаче трябва да разчитат на активен транспорт, за да останат живи.

Клетките често трябва да използват активен транспорт, защото няма друг избор. Понякога дифузията не работи за клетките. Активният транспорт използва енергия като аденозин трифосфат (ATP) за да се движат молекули спрямо техните градиенти на концентрация. Обикновено процесът включва протеинов носител, който подпомага трансфера, като премества молекулите във вътрешността на клетката.

Например, една клетка може да иска да премести молекули захар вътре, но градиентът на концентрация може да не позволява пасивен транспорт. Ако има по-ниска концентрация на захар вътре в клетката и по-висока концентрация извън клетката, тогава активният транспорт може да премести молекулите срещу градиента.

Клетките използват голяма част от енергията, която създават за активен транспорт. Всъщност при някои организми по-голямата част от генерирания АТФ отива към активен транспорт и поддържане на определени нива на молекули вътре в клетките.

Електрохимичните градиенти имат различни заряди и химични концентрации. Те съществуват през мембраната, защото някои атоми и молекули имат електрически заряди. Това означава, че има разлика в електрическия потенциал или мембранен потенциал.

Понякога клетката трябва да внесе повече съединения и да се движи срещу електрохимичния градиент. Това изисква енергия, но се отплаща с по-добра цялостна клетъчна функция. Необходим е за някои процеси, като поддържането на градиенти на натрий и калий в клетките. Клетките обикновено имат по-малко натрий и повече калий вътре, така че натрият има тенденция да навлиза в клетката, докато калият излиза.

Активният транспорт позволява на клетката да ги движи спрямо обичайните им градиенти на концентрация.

Основният активен транспорт използва АТФ като източник на енергия за движение. Той премества йони през плазмената мембрана, което създава разлика в заряда. Често молекулата навлиза в клетката, когато друг вид молекула напуска клетката. Това създава както концентрация, така и разлики в заряда в мембраната на клетката.

The натриево-калиева помпа е решаваща част от много клетки. Помпата премества натрия от клетката, докато премества калий вътре. Хидролизата на АТФ дава на клетката енергията, от която се нуждае по време на процеса. Натриево-калиевата помпа е P-тип помпа, която премества три натриеви йона навън и вкарва два калиеви йона вътре.

Натриево-калиевата помпа свързва АТФ и трите натриеви йона. След това фосфорилирането се случва в помпата, така че тя да промени формата си. Това позволява на натрия да напусне клетката и калиевите йони да се вземат. След това фосфорилирането се обръща, което отново променя формата на помпата, така че калият навлиза в клетката. Тази помпа е важна за цялостната функция на нервите и е от полза за организма.

Съществуват различни видове първични активни транспортери. Р-тип АТФ-аза, като натриево-калиевата помпа, съществува в еукариотите, бактериите и археите.

Можете да видите Р-тип АТФаза в йонни помпи като протонни помпи, натриево-калиеви помпи и калциеви помпи. F-тип ATPase съществува в митохондрии, хлоропласти и бактерии. V-тип ATPase съществува при еукариотите, а ABC транспортьор (ABC означава "ATP-свързваща касета") съществува и в двете прокариоти и еукариоти.

Вторичният активен транспорт използва електрохимични градиенти за транспортиране на вещества с помощта на a котранспортер. Той позволява на носените вещества да се движат нагоре по своите градиенти благодарение на котранспортера, докато основният субстрат се движи надолу по своя градиент.

По същество вторичният активен транспорт използва енергията от електрохимичните градиенти, които създава първичният активен транспорт. Това позволява на клетката да получи вътре други молекули, като глюкоза. Вторичният активен транспорт е важен за цялостната клетъчна функция.

Вторичният активен транспорт обаче също може да направи енергия като АТФ чрез градиента на водородните йони в митохондриите. Например, енергията, която се натрупва във водородните йони, може да се използва, когато йоните преминават през канала протеинова АТФ синтаза. Това позволява на клетката да преобразува ADP в ATP.

Протеините-носители или помпите са решаваща част от активния транспорт. Те помагат за транспортирането на материали в клетката.

Има три основни типа протеини-носители: обединители, симпортери и антипортери.

Унипортерите носят само един вид йон или молекула, но симпортерите могат да носят два йона или молекули в една и съща посока. Антипортерите могат да носят два йона или молекули в различни посоки.

Важно е да се отбележи, че протеините носители се появяват при активен и пасивен транспорт. Някои не се нуждаят от енергия, за да работят. Въпреки това, носещите протеини, използвани в активен транспорт, се нуждаят от енергия, за да функционират. ATP им позволява да правят промени във формата. Пример за протеинен носител на антипортер е Na + -K + ATPase, който може да придвижва калиеви и натриеви йони в клетката.

Ендоцитоза и екзоцитоза са също примери за активен транспорт в клетката. Те позволяват движение на насипни товари в и извън клетките чрез везикули, така че клетките могат да прехвърлят големи молекули. Понякога клетките се нуждаят от голям протеин или друго вещество, което не влиза през плазмената мембрана или транспортни канали.

За тези макромолекули, ендоцитозата и екзоцитозата са най-добрите варианти. Тъй като използват активен транспорт, и двамата имат нужда от енергия, за да работят. Тези процеси са важни за хората, тъй като те имат роля в работата на нервите и имунната система.

По време на ендоцитоза клетката консумира голяма молекула извън плазмената си мембрана. Клетката използва своята мембрана, за да заобиколи и изяде молекулата, като я сгъне. Това създава везикул, който представлява торбичка, заобиколена от мембрана, която съдържа молекулата. След това везикулът излиза от плазмената мембрана и премества молекулата във вътрешността на клетката.

Освен че консумира големи молекули, клетката може да яде и други клетки или части от тях. Двата основни типа ендоцитоза са фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозата е как клетката изяжда голяма молекула. Пиноцитозата е как клетката пие течности като извънклетъчна течност.

Някои клетки постоянно използват пиноцитоза, за да вземат малки хранителни вещества от заобикалящата ги среда. Клетките могат да задържат хранителните вещества в малки везикули, щом са вътре.

Фагоцити са клетки, които използват фагоцитоза, за да консумират нещата. Някои примери за фагоцити в човешкото тяло са бели кръвни телца, като неутрофили и моноцити. Неутрофилите се борят с нахлуващите бактерии чрез фагоцитоза и помагат да се предотврати нараняването на бактериите, като заобикалят бактериите, консумират ги и по този начин ги унищожават.

Моноцитите са по-големи от неутрофилите. Те обаче използват и фагоцитоза, за да консумират бактерии или мъртви клетки.

Вашите бели дробове също имат фагоцити, наречени макрофаги. Когато вдишвате прах, част от него достига до дробовете ви и отива във въздушните торбички, наречени алвеоли. След това макрофагите могат да атакуват праха и да го заобиколят. Те по същество поглъщат праха, за да поддържат белите дробове здрави. Въпреки че човешкото тяло има силна защитна система, понякога не работи добре.

Например макрофагите, които поглъщат силициеви частици, могат да умрат и да отделят токсични вещества. Това може да доведе до образуване на белези.

Амебите са едноклетъчни и разчитат на фагоцитоза, за да се хранят. Те търсят хранителни вещества и ги заобикалят; след това те поглъщат храната и образуват хранителна вакуола. След това храната вакуола се присъединява към лизозома вътре в амебите, за да разгради хранителните вещества. The лизозома има ензими, които помагат на процеса.

Ендоцитоза, медиирана от рецептор позволява на клетките да консумират специфични видове молекули, от които се нуждаят. Рецепторни протеини помагат на този процес, като се свързват с тези молекули, така че клетката да може да направи везикул. Това позволява на специфичните молекули да влязат в клетката.

Обикновено медиираната от рецептори ендоцитоза работи в полза на клетката и й позволява да улавя важни молекули, от които се нуждае. Въпреки това, вирусите могат да използват процеса, за да влязат в клетката и да я заразят. След като вирусът се прикрепи към клетката, той трябва да намери начин да влезе в клетката. Вирусите постигат това чрез свързване с рецепторните протеини и проникване във везикулите.

По време на екзоцитоза везикулите вътре в клетката се присъединяват към плазмената мембрана и освобождават съдържанието им; съдържанието се излива извън клетката. Това може да се случи, когато клетката иска да се движи или да се отърве от молекула. Протеинът е често срещана молекула, която клетките искат да прехвърлят по този начин. По същество екзоцитозата е противоположна на ендоцитозата.

Процесът започва с везикули, които се сливат с плазмената мембрана. След това везикулът се отваря и освобождава молекулите вътре. Съдържанието му влиза в извънклетъчното пространство, за да могат други клетки да ги използват или да ги унищожават.

Клетките използват екзоцитоза за много процеси, като секретиране на протеини или ензими. Те могат също да го използват за антитела или пептидни хормони. Някои клетки дори използват екзоцитоза за преместване на невротрансмитери и протеини на плазмената мембрана.

Има два вида екзоцитоза: зависима от калций екзоцитоза и независима от калций екзоцитоза. Както се досещате от името, калцият влияе на зависимата от калций екзоцитоза. При независимата от калций екзоцитоза калцият не е важен.

Много организми използват органела, наречена Комплекс Голджи или апарат на Голджи за създаване на везикулите, които ще бъдат изнесени извън клетките. Комплексът на Голджи може да модифицира и обработва както протеини, така и липиди. Опакова ги в секреторни везикули, които напускат комплекса.

В регулиран екзоцитоза, клетката се нуждае извънклетъчни сигнали за преместване на материали навън. Това обикновено е запазено за специфични типове клетки като секреторни клетки. Те могат да произвеждат невротрансмитери или други молекули, от които организмът се нуждае в определени моменти в определени количества.

Организмът може да не се нуждае от тези вещества постоянно, така че е необходимо регулиране на тяхната секреция. По принцип секреторните везикули не се придържат дълго към плазмената мембрана. Те доставят молекулите и се отстраняват.

Пример за това е неврон, който секретира невротрансмитери. Процесът започва с невронна клетка в тялото ви, създавайки везикул, пълен с невротрансмитери. След това тези везикули пътуват до плазмената мембрана на клетката и чакат.

След това те получават сигнал, който включва калциеви йони, а везикулите отиват до пресинаптичната мембрана. Втори сигнал от калциеви йони казва на везикулите да се прикрепят към мембраната и да се слеят с нея. Това позволява освобождаването на невротрансмитерите.

Активният транспорт е важен процес за клетките. Както прокариотите, така и еукариотите могат да го използват за придвижване на молекули в и извън клетките си. Активният транспорт трябва да има енергия, подобно на АТФ, за да работи и понякога това е единственият начин, по който клетката може да функционира.

Клетките разчитат на активен транспорт, защото дифузията може да не им даде това, което искат. Активният транспорт може да движи молекулите спрямо градиентите на концентрацията им, така че клетките могат да улавят хранителни вещества като захар или протеини. По време на тези процеси протеиновите носители играят важна роля.