Aktiv transport: En oversigt over primær og sekundær

Aktiv transport kræver energi for at arbejde, og det er sådan en celle bevæger molekyler. Transport af materialer ind og ud af cellerne er afgørende for den overordnede funktion.

Aktiv transport og passiv transport er de to vigtigste måder, hvorpå celler flytter stoffer. I modsætning til aktiv transport kræver passiv transport ingen energi. Den lettere og billigere måde er passiv transport; dog er de fleste celler nødt til at stole på aktiv transport for at holde sig i live.

Celler skal ofte bruge aktiv transport, fordi der ikke er noget andet valg. Undertiden fungerer diffusion ikke for celler. Aktiv transport bruger energi som Adenosintrifosfat (ATP) at flytte molekyler mod deres koncentrationsgradienter. Normalt involverer processen en proteinbærer, der hjælper overførslen ved at flytte molekylerne ind i cellens indre.

For eksempel vil en celle måske flytte sukkermolekyler indeni, men koncentrationsgradienten tillader muligvis ikke passiv transport. Hvis der er en lavere koncentration af sukker inde i cellen og en højere koncentration uden for cellen, kan aktiv transport flytte molekylerne mod gradienten.

Celler bruger en stor del af den energi, de skaber til aktiv transport. Faktisk går størstedelen af ​​den genererede ATP i nogle organismer mod aktiv transport og opretholdelse af visse niveauer af molekyler inde i cellerne.

Elektrokemiske gradienter har forskellige ladninger og kemiske koncentrationer. De findes over en membran, fordi nogle atomer og molekyler har elektriske ladninger. Dette betyder, at der er en elektrisk potentialforskel eller membranpotentiale.

Nogle gange skal cellen bringe flere forbindelser ind og bevæge sig mod den elektrokemiske gradient. Dette kræver energi, men det betaler sig ved en bedre samlet cellefunktion. Det er nødvendigt til nogle processer, såsom vedligeholdelse af natrium- og kaliumgradienter i cellerne. Celler har normalt mindre natrium og mere kalium indeni, så natrium har tendens til at komme ind i cellen, mens kalium forlader.

Aktiv transport lader cellen bevæge dem mod deres sædvanlige koncentrationsgradienter.

Primær aktiv transport bruger ATP som en energikilde til bevægelse. Det bevæger ioner over plasmamembranen, hvilket skaber en ladningsforskel. Ofte kommer et molekyle ind i cellen, når en anden type molekyle forlader cellen. Dette skaber både koncentrations- og ladningsforskelle på tværs af cellens membran.

Det natrium-kaliumpumpe er en vigtig del af mange celler. Pumpen flytter natrium ud af cellen, mens den flytter kalium ind. Hydrolysen af ​​ATP giver cellen den energi, den har brug for under processen. Natrium-kaliumpumpen er en P-type pumpe, der bevæger tre natriumioner udad og bringer to kaliumioner indeni.

Natrium-kaliumpumpen binder ATP og de tre natriumioner. Derefter sker phosphorylering ved pumpen, så den ændrer form. Dette gør det muligt for natrium at forlade cellen, og kaliumionerne kan opsamles. Derefter vender phosphoryleringen sig, hvilket igen ændrer pumpens form, så kalium kommer ind i cellen. Denne pumpe er vigtig for den samlede nervefunktion og gavner organismen.

Der er forskellige typer primære aktive transportører. P-type ATPase, såsom natrium-kaliumpumpe, findes i eukaryoter, bakterier og arkæer.

Du kan se P-type ATPase i ionpumper som protonpumper, natrium-kaliumpumper og calciumpumper. F-type ATPase findes i mitokondrier, kloroplaster og bakterier. V-type ATPase findes i eukaryoter, og ABC-transportør (ABC betyder "ATP-bindende kassette") findes i begge prokaryoter og eukaryoter.

Sekundær aktiv transport bruger elektrokemiske gradienter til at transportere stoffer ved hjælp af a samtransportør. Det gør det muligt for de transporterede stoffer at bevæge sig op ad deres gradienter takket være cotransportøren, mens hovedsubstratet bevæger sig ned ad sin gradient.

I det væsentlige bruger sekundær aktiv transport energien fra de elektrokemiske gradienter, som den primære aktive transport skaber. Dette giver cellen mulighed for at få andre molekyler, som glukose, ind. Sekundær aktiv transport er vigtig for den samlede cellefunktion.

Imidlertid kan sekundær aktiv transport også producere energi som ATP gennem hydrogeniongradienten i mitokondrier. For eksempel kan den energi, der akkumuleres i hydrogenionerne, bruges, når ionerne passerer gennem kanalproteinet ATP-syntase. Dette gør det muligt for cellen at konvertere ADP til ATP.

Bæreproteiner eller pumper er en vigtig del af aktiv transport. De hjælper med at transportere materialer i cellen.

Der er tre hovedtyper af bærerproteiner: uniporters, sympatører og antiporter.

Uniporters bærer kun en type ion eller molekyle, men symporters kan bære to ioner eller molekyler i samme retning. Antiportere kan bære to ioner eller molekyler i forskellige retninger.

Det er vigtigt at bemærke, at bærerproteiner vises i aktiv og passiv transport. Nogle har ikke brug for energi til at arbejde. Imidlertid har bærerproteinerne, der anvendes i aktiv transport, brug for energi for at fungere. ATP giver dem mulighed for at foretage formændringer. Et eksempel på et antiporterbærerprotein er Na + -K + ATPase, som kan flytte kalium- og natriumioner i cellen.

Endocytose og eksocytose er også eksempler på aktiv transport i cellen. De giver mulighed for massetransportbevægelse ind og ud af celler via vesikler, så celler kan overføre store molekyler. Nogle gange har celler brug for et stort protein eller et andet stof, der ikke passer gennem plasma membran eller transportkanaler.

For disse makromolekyler, endocytose og exocytose er de bedste muligheder. Da de bruger aktiv transport, har de begge brug for energi til at arbejde. Disse processer er vigtige for mennesker, fordi de har roller i nervefunktion og immunsystemfunktion.

Under endocytose forbruger cellen et stort molekyle uden for plasmamembranen. Cellen bruger sin membran til at omslutte og spise molekylet ved at folde det over. Dette skaber en vesikel, som er en pose omgivet af en membran, der indeholder molekylet. Derefter kommer vesiklen af ​​plasmamembranen og flytter molekylet ind i det indre af cellen.

Ud over at forbruge store molekyler kan cellen spise andre celler eller dele af dem. De to hovedtyper af endocytose er fagocytose og pinocytose. Fagocytose er, hvordan en celle spiser et stort molekyle. Pinocytose er, hvordan en celle drikker væsker såsom ekstracellulær væske.

Nogle celler bruger konstant pinocytose til at samle små næringsstoffer fra deres omgivelser. Celler kan holde næringsstofferne i små vesikler, når de først er inde.

Fagocytter er celler, der bruger fagocytose til at forbruge ting. Nogle eksempler på fagocytter i menneskekroppen er hvide blodceller, såsom neutrofiler og monocytter. Neutrofiler bekæmper invaderende bakterier gennem fagocytose og hjælper med at forhindre bakterierne i at skade dig ved at omgive bakterierne, forbruge dem og dermed ødelægge dem.

Monocytter er større end neutrofiler. Imidlertid bruger de også fagocytose til at forbruge bakterier eller døde celler.

Der er også kaldet fagocytter i dine lunger makrofager. Når du indånder støv, når noget af det til lungerne og går i de kaldte luftsække alveoler. Derefter kan makrofagerne angribe støvet og omgive det. De sluger i det væsentlige støvet for at holde dine lunger sunde. Selvom den menneskelige krop har et stærkt forsvarssystem, fungerer det undertiden ikke godt.

For eksempel kan makrofager, der sluger silicapartikler, dø og udsende giftige stoffer. Dette kan medføre dannelse af arvæv.

Amøber er encellede og er afhængige af fagocytose for at spise. De ser efter næringsstoffer og omgiver dem; derefter opslugter de maden og danner en madvakuol. Dernæst maden vakuol slutter sig til et lysosom inde i amøberne for at nedbryde næringsstofferne. Det lysosom har enzymer, der hjælper processen.

Receptormedieret endocytose tillader cellerne at forbruge specifikke typer molekyler, som de har brug for. Receptorproteiner hjælpe denne proces ved at binde til disse molekyler, så cellen kan danne en vesikel. Dette gør det muligt for de specifikke molekyler at komme ind i cellen.

Normalt fungerer receptormedieret endocytose i cellens favør og giver den mulighed for at fange vigtige molekyler, den har brug for. Imidlertid kan vira udnytte processen til at komme ind i cellen og inficere den. Når en virus er knyttet til en celle, skal den finde en måde at komme ind i cellen på. Virus opnår dette ved at binde til receptorproteiner og komme ind i vesiklerne.

Under eksocytose forbinder vesikler inde i cellen plasmamembranen og frigiver deres indhold; indholdet spilder ud uden for cellen. Dette kan ske, når en celle ønsker at bevæge sig eller slippe af med et molekyle. Protein er et almindeligt molekyle, som celler ønsker at overføre på denne måde. I det væsentlige er exocytose det modsatte af endocytose.

Processen starter med en vesikel, der smelter sammen med plasmamembranen. Dernæst åbner vesiklen og frigiver molekylerne indeni. Dets indhold kommer ind i det ekstracellulære rum, så andre celler kan bruge dem eller ødelægge dem.

Celler bruger exocytose til mange processer, såsom udskillelse af proteiner eller enzymer. De kan også bruge det til antistoffer eller peptidhormoner. Nogle celler bruger endda exocytose til at flytte neurotransmittere og plasmamembranproteiner.

Der er to typer eksocytose: calciumafhængig eksocytose og calciumuafhængig eksocytose. Som du kan gætte ud fra navnet, påvirker calcium calciumafhængig exocytose. I calciumuafhængig eksocytose er calcium ikke vigtigt.

Mange organismer bruger en organel kaldet Golgi-kompleks eller Golgi-apparat for at skabe de vesikler, der eksporteres ud af cellerne. Golgi-komplekset kan modificere og behandle både proteiner og lipider. Det pakker dem i sekretoriske blærer, der forlader komplekset.

I reguleret eksocytose, cellen har brug for ekstracellulære signaler at flytte materialer ud. Dette er normalt forbeholdt specifikke celletyper som sekretoriske celler. De kan fremstille neurotransmittere eller andre molekyler, som organismen har brug for på bestemte tidspunkter i bestemte mængder.

Organismen har muligvis ikke brug for disse stoffer konstant, så det er nødvendigt at regulere deres udskillelse. Generelt holder de sekretoriske vesikler ikke fast i plasmamembranen længe. De leverer molekylerne og fjerner sig selv.

Et eksempel på dette er en neuron, der udskilles neurotransmittere. Processen starter med en neuroncelle i din krop, der skaber en vesikel fyldt med neurotransmittere. Derefter rejser disse vesikler til cellens plasmamembran og venter.

Dernæst modtager de et signal, der involverer calciumioner, og vesiklerne går til den præ-synaptiske membran. Et andet signal fra calciumioner fortæller vesiklerne at fæstne sig til membranen og smelte sammen med den. Dette gør det muligt for neurotransmittere at blive frigivet.

Aktiv transport er en vigtig proces for celler. Både prokaryoter og eukaryoter kan bruge det til at flytte molekyler ind og ud af deres celler. Aktiv transport skal have energi, som ATP, til at arbejde, og nogle gange er det den eneste måde, en celle kan fungere på.

Celler er afhængige af aktiv transport, fordi diffusion muligvis ikke får dem, hvad de vil have. Aktiv transport kan flytte molekyler mod deres koncentrationsgradienter, så celler kan fange næringsstoffer som sukker eller proteiner. Proteinbærere spiller en vigtig rolle under disse processer.