Ενεργές μεταφορές: Μια επισκόπηση πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας

Η ενεργή μεταφορά απαιτεί ενέργεια για να λειτουργήσει, και είναι πώς ένα κύτταρο κινεί μόρια. Η μεταφορά υλικών μέσα και έξω από τα κελιά είναι απαραίτητη για τη συνολική λειτουργία.

Ενεργές μεταφορές και παθητικές μεταφορές είναι οι δύο κύριοι τρόποι με τους οποίους τα κύτταρα μετακινούν ουσίες. Σε αντίθεση με τις ενεργές μεταφορές, η παθητική μεταφορά δεν απαιτεί καμία ενέργεια. Ο ευκολότερος και φθηνότερος τρόπος είναι η παθητική μεταφορά. Ωστόσο, τα περισσότερα κύτταρα πρέπει να βασίζονται στην ενεργό μεταφορά για να παραμείνουν ζωντανοί.

Τα κύτταρα πρέπει συχνά να χρησιμοποιούν ενεργή μεταφορά επειδή δεν υπάρχει άλλη επιλογή. Μερικές φορές, η διάχυση δεν λειτουργεί για τα κύτταρα. Η ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ενέργεια όπως τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) να μετακινήσουν τα μόρια ενάντια στις βαθμίδες συγκέντρωσης. Συνήθως, η διαδικασία περιλαμβάνει έναν πρωτεϊνικό φορέα που βοηθά τη μεταφορά μετακινώντας τα μόρια στο εσωτερικό του κυττάρου.

Για παράδειγμα, ένα κύτταρο μπορεί να θέλει να μετακινήσει μόρια σακχάρου μέσα, αλλά η βαθμίδα συγκέντρωσης μπορεί να μην επιτρέπει την παθητική μεταφορά. Εάν υπάρχει χαμηλότερη συγκέντρωση σακχάρου μέσα στο κύτταρο και υψηλότερη συγκέντρωση έξω από το κύτταρο, τότε η ενεργή μεταφορά μπορεί να μετακινήσει τα μόρια ενάντια στη βαθμίδα.

Τα κύτταρα χρησιμοποιούν μεγάλο μέρος της ενέργειας που δημιουργούν για ενεργή μεταφορά. Στην πραγματικότητα, σε ορισμένους οργανισμούς, η πλειονότητα του παραγόμενου ΑΤΡ κατευθύνεται προς ενεργό μεταφορά και διατηρώντας ορισμένα επίπεδα μορίων μέσα στα κύτταρα.

Οι ηλεκτροχημικές βαθμίδες έχουν διαφορετικά φορτία και χημικές συγκεντρώσεις. Υπάρχουν σε μια μεμβράνη επειδή ορισμένα άτομα και μόρια έχουν ηλεκτρικά φορτία. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα ηλεκτρική διαφορά δυναμικού ή δυναμικό μεμβράνης.

Μερικές φορές, το κελί πρέπει να φέρει περισσότερες ενώσεις και να κινηθεί ενάντια στην ηλεκτροχημική κλίση. Αυτό απαιτεί ενέργεια αλλά αποδίδει στην καλύτερη συνολική λειτουργία των κυττάρων. Απαιτείται για ορισμένες διεργασίες, όπως η διατήρηση βαθμίδων νατρίου και καλίου στα κύτταρα. Τα κύτταρα έχουν συνήθως λιγότερο νάτριο και περισσότερο κάλιο μέσα, έτσι το νάτριο τείνει να εισέλθει στο κύτταρο ενώ το κάλιο φεύγει.

Η ενεργή μεταφορά επιτρέπει στο κελί να τα κινεί ενάντια στις συνήθεις βαθμίδες συγκέντρωσης.

Οι πρωτογενείς ενεργές μεταφορές χρησιμοποιούν το ATP ως πηγή ενέργειας για κίνηση. Μετακινεί τα ιόντα κατά μήκος της μεμβράνης του πλάσματος, η οποία δημιουργεί μια διαφορά φορτίου. Συχνά, ένα μόριο εισέρχεται στο κύτταρο καθώς ένας άλλος τύπος μορίου φεύγει από το κύτταρο. Αυτό δημιουργεί διαφορές συγκέντρωσης και φορτίου σε όλη τη μεμβράνη του κυττάρου.

ο αντλία νατρίου-καλίου είναι ένα κρίσιμο μέρος πολλών κυττάρων. Η αντλία μετακινεί το νάτριο έξω από το κελί ενώ μετακινεί το κάλιο μέσα. Η υδρόλυση του ΑΤΡ δίνει στο κύτταρο την ενέργεια που χρειάζεται κατά τη διαδικασία. Η αντλία νατρίου-καλίου είναι μια αντλία τύπου Ρ που κινεί τρία ιόντα νατρίου προς τα έξω και φέρνει δύο ιόντα καλίου μέσα.

Η αντλία νατρίου-καλίου δεσμεύει το ATP και τα τρία ιόντα νατρίου. Στη συνέχεια, η φωσφορυλίωση συμβαίνει στην αντλία έτσι ώστε να αλλάζει το σχήμα της. Αυτό επιτρέπει στο νάτριο να φύγει από το κύτταρο και τα ιόντα καλίου να παραληφθούν. Στη συνέχεια, η φωσφορυλίωση αντιστρέφεται, η οποία αλλάζει και πάλι το σχήμα της αντλίας, έτσι το κάλιο εισέρχεται στο κελί. Αυτή η αντλία είναι σημαντική για τη συνολική νευρική λειτουργία και ωφελεί τον οργανισμό.

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι πρωτογενών ενεργών μεταφορέων. AT -ase τύπου P, όπως η αντλία νατρίου-καλίου, υπάρχει σε ευκαρυωτικά, βακτήρια και αρχαία.

Μπορείτε να δείτε ATPase τύπου P σε αντλίες ιόντων όπως αντλίες πρωτονίων, αντλίες νατρίου-καλίου και αντλίες ασβεστίου. AT -ase τύπου F υπάρχει στο μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες και βακτήρια. AT -ase τύπου V υπάρχει στους ευκαρυωτικούς, και το Μεταφορέας ABC (ABC σημαίνει "κασέτα σύνδεσης ATP") υπάρχει και στα δύο προκαρυώτες και ευκαρυώτες.

Η δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ηλεκτροχημικές βαθμίδες για τη μεταφορά ουσιών με τη βοήθεια του a μεταφορέας. Επιτρέπει στις μεταφερόμενες ουσίες να ανεβαίνουν τις κλίσεις τους χάρη στο cotransporter, ενώ το κύριο υπόστρωμα κινείται προς τα κάτω.

Ουσιαστικά, η δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί την ενέργεια από τις ηλεκτροχημικές βαθμίδες που δημιουργεί η πρωτογενής ενεργός μεταφορά. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να εισάγει άλλα μόρια, όπως η γλυκόζη, μέσα. Η δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά είναι σημαντική για τη συνολική λειτουργία των κυττάρων.

Ωστόσο, η δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά μπορεί επίσης να παράγει ενέργεια όπως το ΑΤΡ μέσω της βαθμίδας ιόντων υδρογόνου στα μιτοχόνδρια. Για παράδειγμα, η ενέργεια που συσσωρεύεται στα ιόντα υδρογόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν τα ιόντα περνούν μέσω της πρωτεάνης ATP συνθάσης καναλιού. Αυτό επιτρέπει στο κελί να μετατρέπει ADP σε ATP.

Οι πρωτεΐνες του φορέα ή οι αντλίες αποτελούν κρίσιμο μέρος της ενεργού μεταφοράς. Βοηθούν στη μεταφορά υλικών στο κελί.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι πρωτεϊνών φορέων: uniporters, συμφωνίες και αντιολισθητές.

Οι Uniporters φέρουν μόνο έναν τύπο ιόντος ή μορίου, αλλά οι συμφωνίες μπορούν να μεταφέρουν δύο ιόντα ή μόρια στην ίδια κατεύθυνση. Οι αντιολισθητές μπορούν να μεταφέρουν δύο ιόντα ή μόρια σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι πρωτεΐνες φορείς εμφανίζονται σε ενεργή και παθητική μεταφορά. Μερικοί δεν χρειάζονται ενέργεια για να εργαστούν. Ωστόσο, οι πρωτεΐνες-φορείς που χρησιμοποιούνται στην ενεργή μεταφορά χρειάζονται ενέργεια για να λειτουργήσουν. Το ATP τους επιτρέπει να κάνουν αλλαγές στο σχήμα. Ένα παράδειγμα μιας πρωτεΐνης φορέα κατά του λιμένα είναι η Na + -K + ATPase, η οποία μπορεί να μετακινήσει ιόντα καλίου και νατρίου στο κύτταρο.

Ενδοκυττάρωση και εξωκυττάρωση είναι επίσης παραδείγματα ενεργού μεταφοράς στο κελί. Επιτρέπουν τη μαζική μεταφορά μέσα και έξω από τα κύτταρα μέσω κυστιδίων, έτσι ώστε τα κύτταρα να μπορούν να μεταφέρουν μεγάλα μόρια. Μερικές φορές τα κύτταρα χρειάζονται μια μεγάλη πρωτεΐνη ή άλλη ουσία που δεν ταιριάζει μέσω του μεμβράνη πλάσματος ή κανάλια μεταφοράς.

Για αυτά μακρομόρια, η ενδοκυττάρωση και η εξωκυττάρωση είναι οι καλύτερες επιλογές. Εφόσον χρησιμοποιούν ενεργή μεταφορά, χρειάζονται και οι δύο ενέργεια για να εργαστούν. Αυτές οι διαδικασίες είναι σημαντικές για τον άνθρωπο επειδή έχουν ρόλους στη λειτουργία των νεύρων και τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος.

Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, το κύτταρο καταναλώνει ένα μεγάλο μόριο έξω από τη μεμβράνη του πλάσματος. Το κύτταρο χρησιμοποιεί τη μεμβράνη του για να περιβάλλει και να φάει το μόριο αναδιπλούμενο. Αυτό δημιουργεί ένα κυστίδιο, που είναι ένας σάκος που περιβάλλεται από μια μεμβράνη, που περιέχει το μόριο. Στη συνέχεια, το κυστίδιο βγαίνει από τη μεμβράνη του πλάσματος και μετακινεί το μόριο στο εσωτερικό του κυττάρου.

Εκτός από την κατανάλωση μεγάλων μορίων, το κύτταρο μπορεί να φάει άλλα κύτταρα ή μέρη αυτών. Οι δύο κύριοι τύποι ενδοκυττάρωσης είναι φαγοκυττάρωση και πνευμονία. Η φαγοκυττάρωση είναι πώς ένα κύτταρο τρώει ένα μεγάλο μόριο. Η καρκινοπάθεια είναι πώς ένα κύτταρο πίνει υγρά όπως εξωκυτταρικό υγρό.

Ορισμένα κύτταρα χρησιμοποιούν συνεχώς πινόκωση για να πάρουν μικρά θρεπτικά συστατικά από το περιβάλλον τους. Τα κύτταρα μπορούν να συγκρατούν τα θρεπτικά συστατικά σε μικρά κυστίδια όταν βρίσκονται μέσα.

Φαγοκύτταρα είναι κύτταρα που χρησιμοποιούν φαγοκυττάρωση για να καταναλώνουν πράγματα. Μερικά παραδείγματα φαγοκυττάρων στο ανθρώπινο σώμα είναι λευκά αιμοσφαίρια, όπως ουδετερόφιλα και μονοκύτταρα. Τα ουδετερόφιλα καταπολεμούν τα βακτήρια που εισβάλλουν μέσω φαγοκυττάρωσης και βοηθούν στην πρόληψη των βακτηρίων να σας βλάψουν περιβάλλοντας τα βακτήρια, καταναλώνοντάς τα και καταστρέφοντάς τα.

Τα μονοκύτταρα είναι μεγαλύτερα από τα ουδετερόφιλα. Ωστόσο, χρησιμοποιούν επίσης φαγοκυττάρωση για να καταναλώνουν βακτήρια ή νεκρά κύτταρα.

Οι πνεύμονες σας έχουν επίσης φαγοκύτταρα μακροφάγοι. Όταν εισπνέετε σκόνη, ένα μέρος φτάνει στους πνεύμονές σας και πηγαίνει στους αερόσακους που ονομάζονται κυψελίδες. Στη συνέχεια, τα μακροφάγα μπορούν να προσβάλλουν τη σκόνη και να την περιβάλλουν. Καταπιούν ουσιαστικά τη σκόνη για να διατηρήσουν τους πνεύμονές σας υγιείς. Αν και το ανθρώπινο σώμα διαθέτει ένα ισχυρό αμυντικό σύστημα, μερικές φορές δεν λειτουργεί καλά.

Για παράδειγμα, μακροφάγοι που καταπιούν σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου μπορούν να πεθάνουν και να εκπέμπουν τοξικές ουσίες. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σχηματισμό ουλώδους ιστού.

Τα Amoebas είναι μονοκύτταρα και βασίζονται στην φαγοκυττάρωση για φαγητό. Ψάχνουν για θρεπτικά συστατικά και τα περιβάλλουν. τότε, καταπιούν το φαγητό και σχηματίζουν ένα κενό κενού. Στη συνέχεια, το φαγητό κυτταρικό κενό ενώνει ένα λυσόσωμα μέσα στις αμοιβάδες για να διασπάσει τα θρεπτικά συστατικά. ο λυσόσωμα έχει ένζυμα που βοηθούν τη διαδικασία.

Ενδοκύτωση μεσολαβούμενη από υποδοχέα επιτρέπει στα κύτταρα να καταναλώνουν συγκεκριμένους τύπους μορίων που χρειάζονται. Πρωτεΐνες υποδοχέα Βοηθήστε αυτήν τη διαδικασία δεσμεύοντας σε αυτά τα μόρια, έτσι ώστε το κύτταρο να δημιουργήσει ένα κυστίδιο. Αυτό επιτρέπει στα συγκεκριμένα μόρια να εισέλθουν στο κύτταρο.

Συνήθως, η ενδοκύτωση που προκαλείται από υποδοχείς λειτουργεί υπέρ του κυττάρου και του επιτρέπει να συλλάβει σημαντικά μόρια που χρειάζεται. Ωστόσο, οι ιοί μπορούν να εκμεταλλευτούν τη διαδικασία εισόδου στο κελί και να το μολύνουν. Αφού ένας ιός προσκολληθεί σε ένα κελί, πρέπει να βρει έναν τρόπο να μπει μέσα στο κελί. Οι ιοί το επιτυγχάνουν δεσμεύοντας τις πρωτεΐνες των υποδοχέων και μπαίνοντας μέσα στα κυστίδια.

Κατά τη διάρκεια της εξωκυττάρωσης, τα κυστίδια μέσα στο κύτταρο ενώνουν τη μεμβράνη του πλάσματος και απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους. το περιεχόμενο χύνεται έξω από το κελί. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν ένα κύτταρο θέλει να κινηθεί ή να απαλλαγεί από ένα μόριο. Η πρωτεΐνη είναι ένα κοινό μόριο που τα κύτταρα θέλουν να μεταφέρουν με αυτόν τον τρόπο. Ουσιαστικά, η εξωκυττάρωση είναι το αντίθετο της ενδοκυττάρωσης.

Η διαδικασία ξεκινά με ένα κυστίδιο που συντήκεται στη μεμβράνη του πλάσματος. Στη συνέχεια, το κυστίδιο ανοίγει και απελευθερώνει τα μόρια μέσα. Τα περιεχόμενά του εισέρχονται στον εξωκυτταρικό χώρο έτσι ώστε άλλα κύτταρα να μπορούν να τα χρησιμοποιήσουν ή να τα καταστρέψουν.

Τα κύτταρα χρησιμοποιούν εξωκυττάρωση για πολλές διεργασίες, όπως έκκριση πρωτεϊνών ή ενζύμων. Μπορούν επίσης να το χρησιμοποιήσουν για αντισώματα ή πεπτιδικές ορμόνες. Ορισμένα κύτταρα χρησιμοποιούν ακόμη και την εξωκυττάρωση για τη μετακίνηση νευροδιαβιβαστών και πρωτεϊνών μεμβράνης πλάσματος.

Υπάρχουν δύο τύποι εξωκυττάρωσης: εξωκυττάρωση που εξαρτάται από ασβέστιο και εξωκυττάρωση ανεξάρτητη από ασβέστιο. Όπως μπορείτε να μαντέψετε από το όνομα, το ασβέστιο επηρεάζει την εξωκυττάρωση που εξαρτάται από το ασβέστιο. Στην ανεξάρτητη από ασβέστιο εξωκυττάρωση, το ασβέστιο δεν είναι σημαντικό.

Πολλοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ένα οργανικό που ονομάζεται Συγκρότημα Golgi ή Συσκευές Golgi για να δημιουργήσετε τα κυστίδια που θα εξαχθούν από τα κελιά. Το σύμπλεγμα Golgi μπορεί να τροποποιήσει και να επεξεργαστεί πρωτεΐνες και λιπίδια. Τους συσκευάζει σε εκκριτικά κυστίδια που φεύγουν από το συγκρότημα.

Σε ρυθμιζόμενο εξωκυττάρωση, το κύτταρο χρειάζεται εξωκυτταρικά σήματα για να μετακινήσετε τα υλικά έξω. Αυτό προορίζεται συνήθως για συγκεκριμένους τύπους κυττάρων όπως εκκριτικά κελιά. Μπορεί να παράγουν νευροδιαβιβαστές ή άλλα μόρια που χρειάζεται ο οργανισμός σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές σε ορισμένες ποσότητες.

Ο οργανισμός μπορεί να μην χρειάζεται αυτές τις ουσίες σε συνεχή βάση, επομένως είναι απαραίτητη η ρύθμιση της έκκρισής τους. Γενικά, τα εκκριτικά κυστίδια δεν κολλάνε στη μεμβράνη του πλάσματος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Παραδίδουν τα μόρια και αφαιρούνται.

Ένα παράδειγμα αυτού είναι ένας νευρώνας που εκκρίνει νευροδιαβιβαστές. Η διαδικασία ξεκινά με ένα κύτταρο νευρώνων στο σώμα σας δημιουργώντας ένα κυστίδιο γεμάτο με νευροδιαβιβαστές. Στη συνέχεια, αυτά τα κυστίδια ταξιδεύουν στη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου και περιμένουν.

Στη συνέχεια, λαμβάνουν ένα σήμα, το οποίο περιλαμβάνει ιόντα ασβεστίου, και τα κυστίδια πηγαίνουν στην προ-συναπτική μεμβράνη. Ένα δεύτερο σήμα ιόντων ασβεστίου λέει στα κυστίδια να προσκολληθούν στη μεμβράνη και να συντήξουν με αυτήν. Αυτό επιτρέπει στους νευροδιαβιβαστές να απελευθερώνονται.

Η ενεργή μεταφορά είναι μια σημαντική διαδικασία για τα κύτταρα. Τόσο οι προκαρυωτικοί όσο και οι ευκαρυωτικοί μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να μετακινήσουν μόρια μέσα και έξω από τα κύτταρα τους. Οι ενεργές μεταφορές πρέπει να έχουν ενέργεια, όπως το ATP, για να λειτουργήσουν και μερικές φορές είναι ο μόνος τρόπος λειτουργίας ενός κυττάρου.

Τα κύτταρα βασίζονται στην ενεργή μεταφορά επειδή η διάχυση μπορεί να μην τους πάρει αυτό που θέλουν. Η ενεργή μεταφορά μπορεί να μετακινήσει τα μόρια ενάντια στις βαθμίδες συγκέντρωσης, έτσι τα κύτταρα μπορούν να συλλάβουν θρεπτικά συστατικά όπως ζάχαρη ή πρωτεΐνες. Οι φορείς πρωτεΐνης παίζουν σημαντικό ρόλο κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών.