Mens de udfører funktioner som vækst, deling og syntese, bruger celler og producerer stoffer, der skal være i stand til at krydse celle- og organelmembraner.
Semipermeable cellemembraner tillader, at nogle molekyler bevæger sig over en koncentrationsgradient fra membranen med høj koncentration til siden med lav koncentration gennem simpel diffusion.
Forenklet diffusion lader andre vigtige molekyler krydse på en selektiv måde, idet den bruger proteiner indlejret i cellemembranen for at tillade, at visse stoffer krydser.
Det membranproteiner af lettere diffusion danner enten åbninger i membranen og styrer, hvad der kan passere, eller de bærer aktivt specifikke molekyler gennem membranen. Denne proces er især vigtig for at kontrollere strømmen af ioner, fordi mange cellefunktioner afhænger af tilstedeværelsen af visse ioner for at lade en kemisk reaktion fortsætte.
Ud over ioner kan bærerproteiner også lette passagen af store molekyler, såsom glucose.
Passiv transport bruger koncentrationsgradienter
Stoffer, som cellen producerer, eller som den har brug for, kan transporteres gennem celle- og organelmembraner på flere måder. Passiv transport kræver ikke energiinput og bruger koncentrationsgradienten til at drive molekylers bevægelse.
I enkel diffusionsform af passiv transport, finder diffusion sted over en semipermeabel membran fra siden med en højere koncentration af det transporterede stof til siden med en lav koncentration. Stoffet passerer gennem membranen ned ad koncentrationsgradienten, men nogle molekyler er blokeret.
Hvis blokerede molekyler skal krydse membranen, fordi de er nødvendige på den anden side, kan lettere diffusion transportere specifikke molekyler.
Diffusionsmetoden fungerer gennem membranindlejrede proteiner, men afhænger stadig af koncentrationsgradienten for at styrke molekylær bevægelse over membranen. Det kræver ikke energi, men proteinerne kan være selektive med hensyn til hvilke molekyler de transporterer.
Aktiv transport bruger energi
Nogle gange skal molekyler transporteres over membraner fra en side med en lav koncentration til den side, der har en høj koncentration. Dette strider mod koncentrationsgradienten og kræver energi.
Celler, der udføres aktiv transport har produceret energi og har gemt den i Adenosintrifosfat (ATP) molekyler.
Aktiv transport er baseret på proteiner svarende til dem, der anvendes til lettere diffusion, men de bruger energi fra ATP til at bære molekyler over membranen mod koncentrationsgradienten.
Efter dannelse af en binding med molekylet, der skal transporteres, bruger de en fosfatgruppe fra ATP for at ændre form og deponere molekylet på den anden side af membranen.
Forenklet diffusion kræver transmembranbærerproteiner
Cellemembraner kan tillade passage af mange små molekyler, men ladede ioner og større molekyler er generelt blokeret. Forenklet diffusion er en metode, hvormed sådanne stoffer kan komme ind i og forlade cellerne. Bæreproteiner indlejret i membranen kan lette passage af ioner på to måder.
Nogle proteiner er arrangeret omkring en central passage og skaber et hul i cellens plasmamembran og åbner en sti gennem fedtsyrer af membranens indre. Specifikke ioner kan passere gennem sådanne åbninger, men bærerproteinerne er designet til kun at lade en slags ion passere.
Andre proteiner danner ikke åbninger, men transporterer store molekyler gennem cellemembranerne. Overførslen drives stadig af en koncentrationsgradient, men bærerproteinerne binder aktivt til det stof, de transporterer.
Den del af proteinet, der er uden for cellemembranen i det ekstracellulære rum, binder sig til molekylet af det stof, der skal transporteres, og frigiver det derefter til celleindretningen.
Eksempler på lette diffusioner: Transport af natriumioner og glukose
Normalt hydrofob ikke-polære fedtsyrer i membranerne blokerer passagen af ladede polære molekyler, såsom natriumioner. Bæreproteinerne, der tilvejebringer åbninger for sådanne ioner, tiltrækker ionerne og letter deres passage gennem ionkanaler.
De kan være designet til og lad passere kun natriumioner, men ikke andre, såsom kaliumioner. Bæreproteinåbninger kan også kontrollere strømmen af ioner og lukkes ned, når cellen ikke har brug for flere ioner.
Til transport af glukosemolekyler, som normalt er for store til at passere gennem membranen, glukosetransportørproteiner har et sted, hvor de kan binde til glukosemolekylerne. De fastgør sig selv og letter transporten af glukose gennem cellemembranen. Placeringen af et bærerprotein bliver et permeabelt hul i membranen, der ikke tillader glukosemolekylet at krydse andetsteds.
Forenklet diffusion og cellesignalering
Celler i flercellede organismer skal koordinere deres aktiviteter, f.eks. Hvornår de skal vokse, og hvornår de skal dele sig. Cellerne udfører denne koordination ved at signalere, hvilken slags aktivitet de er involveret i, og hvad der er behov for, frigive signaleringskemikalier. Lettet diffusion hjælper med cellesignalering.
Signaler kan være lokale eller langdistance, der påvirker celler i det umiddelbare nabolag eller celler i andre organer og væv. I begge tilfælde bevæger sig signalmolekyler mellem celler og skal enten komme ind i målceller eller vedhæfte til deres membran for at levere deres signal.
Lettere diffusionsproteiner kan give disse signalmolekyler mulighed for at komme ind i celler efter behov og lukke kommunikationssløjfen.
Faktorer, der påvirker lettere diffusion
Fordi lettere diffusion er en passiv transportmekanisme, det styres af faktorer i det umiddelbare miljø, hvor transporten finder sted.
Der er fire sådanne faktorer:
- Koncentration: Lettet diffusion er afhængig af den potentielle energi repræsenteret af koncentrationsgradienten. En større forskel mellem siderne med høj og lav koncentration betyder en højere gradient og hurtigere diffusion.
- Bæreproteinkapacitet: Bindingshastigheden mellem stoffet, der skal overføres, og proteinet sammen med overførselshastigheden påvirker diffusionshastigheden.
- Antal bærerproteinsteder: Flere steder betyder højere diffusionskapacitet og hurtigere diffusion.
- Temperatur: Kemiske reaktioner er temperaturafhængige, og en højere temperatur betyder hurtigere reaktionsproces og hurtigere diffusion.
Mens celler kan kontrollere antallet af bærerproteinsteder, er bærerproteinkapaciteten fast, og celle har en begrænset evne til at kontrollere procestemperaturen og stofkoncentrationen uden for celle. Evnen til at lukke aktivitet af bærerproteinsted bliver vigtig for at kontrollere celleprocesser.
Betydningen af lettere diffusion
Enkel diffusion tager sig af cellebehov med hensyn til små ikke-polære molekyler, men andre vigtige stoffer kan ikke let krydse membranerne. Polære molekyler og større molekyler kan ikke diffundere over de semipermeable plasmamembraner i celler og organeller, fordi det indre lag af lipider og fedtsyrer blokerer dem.
Forenklet diffusion tillader stoffer med polære eller store molekyler at komme ind og ud af cellerne på en kontrolleret måde.
Glukose og aminosyrerer for eksempel store molekyler, der spiller en nøglerolle i cellefunktioner. Glukose er et vigtigt næringsstof, og aminosyrer bruges til mange celleprocesser, herunder celledeling.
For at disse processer skal fortsætte, muliggør let diffusion molekylerne at passere gennem cellemembraner og membraner af organeller, såsom kernen.
Selv mindre molekyler såsom ilt kan drage fordel af lettere diffusion. Selvom ilt kan diffundere gennem membraner, letter diffusion gennem bærerproteiner overførselshastigheden og hjælper med funktionerne af blodlegemer og muskler.
Samlet set spiller disse membranindlejrede proteiner en vital rolle i en række celleprocesser.
Andre emner:
- Carbondioxid
- røde blodlegemer