Aktiivne transport: esmase ja teise taseme ülevaade

Aktiivne transport nõuab töötamiseks energiat ja nii liigutab rakk molekule. Materjalide transportimine rakkudesse ja rakkudest välja on üldise funktsiooni jaoks hädavajalik.

Aktiivne transport ja passiivne transport on kaks peamist viisi, kuidas rakud aineid liigutavad. Erinevalt aktiivtranspordist ei vaja passiivtransport energiat. Lihtsam ja odavam viis on passiivne transport; enamus rakke peavad aga elus püsimiseks lootma aktiivsele transpordile.

Rakud peavad sageli kasutama aktiivset transporti, sest pole muud valikut. Mõnikord ei toimi difusioon rakkude jaoks. Aktiivne transport kasutab energiat nagu adenosiinitrifosfaat (ATP) molekulide liikumiseks nende kontsentratsioonigradientide suhtes. Tavaliselt hõlmab protsess valgu kandjat, mis aitab ülekandel liikuda molekulide abil raku sisemusse.

Näiteks võib rakk soovida suhkrumolekule sisemusse viia, kuid kontsentratsiooni gradient ei pruugi lubada passiivset transporti. Kui raku sees on madalam suhkrusisaldus ja rakust väljaspool, siis aktiivne transport võib molekule gradiendi vastu liigutada.

Rakud kasutavad suurt osa energiast, mida nad loovad, aktiivseks transpordiks. Tegelikult läheb mõnes organismis suurem osa loodud ATP-st aktiivsesse transpordisse ja rakkude sees teatud molekulide taseme säilitamisse.

Elektrokeemilistel gradiendidel on erinevad laengud ja keemilised kontsentratsioonid. Need eksisteerivad üle membraani, kuna mõnel aatomil ja molekulil on elektrilaeng. See tähendab, et on olemas elektrilise potentsiaali erinevus või membraanipotentsiaal.

Mõnikord peab rakk tooma rohkem ühendeid ja liikuma elektrokeemilise gradiendi vastu. See nõuab energiat, kuid tasub rakkude üldise parema toimimise korral ära. See on vajalik mõnede protsesside jaoks, näiteks naatriumi ja kaaliumi gradientide säilitamiseks rakkudes. Rakkudes on tavaliselt vähem naatriumi ja rohkem kaaliumi, nii et naatrium kipub rakku sisenema, samal ajal kui kaalium lahkub.

Aktiivne transport laseb rakul liikuda nende tavapäraste kontsentratsioonigradientide suhtes.

Esmane aktiivne transport kasutab ATP-d liikumise energiaallikana. See liigutab ioone üle plasmamembraani, mis tekitab laengute erinevuse. Sageli siseneb molekul rakku, kui rakust lahkub teist tüüpi molekul. See tekitab raku membraanis nii kontsentratsiooni kui ka laengute erinevusi.

The naatrium-kaaliumpump on paljude rakkude oluline osa. Pump liigutab naatriumi rakust välja, liikudes samal ajal kaaliumi sees. ATP hüdrolüüs annab rakule protsessi käigus vajaliku energia. Naatrium-kaaliumpump on P-tüüpi pump, mis viib kolm naatriumiooni väljapoole ja viib kaks kaaliumiiooni sisse.

Naatrium-kaaliumpump seob ATP-d ja kolme naatriumiooni. Seejärel toimub fosforüülimine pumba juures nii, et see muudab oma kuju. See võimaldab naatriumil rakust lahkuda ja kaaliumioonid üles korjata. Järgmisena muutub fosforüülimine vastupidiseks, mis jällegi muudab pumba kuju, nii et kaalium satub rakku. See pump on oluline närvide üldise funktsiooni jaoks ja toob organismile kasu.

Esmaseid aktiivseid vedajaid on erinevaid. P-tüüpi ATPaas, nagu naatrium-kaaliumpump, eksisteerib eukarüootides, bakterites ja arheedes.

P-tüüpi ATPaasi näete ioonpumpades nagu prootonpumbad, naatrium-kaaliumpumbad ja kaltsiumpumbad. F-tüüpi ATPaas on olemas mitokondrid, kloroplastid ja bakterid. V-tüüpi ATPaas eksisteerib eukarüootides ja ABC transporter (ABC tähendab "ATP-d siduv kassett") eksisteerib mõlemas prokarüootid ja eukarüoodid.

Sekundaarne aktiivne transport kasutab ainete transportimiseks elektrokeemilisi gradiente a kaasvedaja. See võimaldab kantavatel ainetel tänu kottransportöörile oma gradientides ülespoole liikuda, samal ajal kui põhisubstraat liigub gradiendist alla.

Põhimõtteliselt kasutab sekundaarne aktiivne transport elektrokeemilistest gradientidest pärinevat energiat, mille esmane aktiivne transport tekitab. See võimaldab rakul saada teisi molekule, näiteks glükoosi. Sekundaarne aktiivne transport on rakkude üldise funktsiooni jaoks oluline.

Sekundaarne aktiivne transport võib aga mitokondrites oleva vesiniku iooni gradiendi kaudu teha ka energiat nagu ATP. Näiteks vesinikioonidesse akumuleeruvat energiat saab kasutada siis, kui ioonid läbivad kanali valgu ATP süntaasi. See võimaldab rakul teisendada ADP ATP-ks.

Kandvalgud või -pumbad on aktiivse transpordi oluline osa. Need aitavad kambris materjale transportida.

Kandvalke on kolme peamist tüüpi: uniporterid, kaasaaitajad ja antiportöörid.

Uniportrid kannavad ainult ühte tüüpi ioone või molekule, kuid sümportorid võivad kanda kahte iooni või molekuli samas suunas. Antiportöörid võivad kanda kahte iooni või molekuli eri suundades.

Oluline on märkida, et kandevalgud ilmnevad aktiivses ja passiivses transpordis. Mõni ei vaja töötamiseks energiat. Aktiivses transpordis kasutatavad kandevalkud vajavad toimimiseks siiski energiat. ATP võimaldab neil kuju muuta. Kandurivastase valgu näide on Na + -K + ATPaas, mis võib rakus liigutada kaaliumi- ja naatriumioone.

Endotsütoos ja eksotsütoos on ka näited raku aktiivsest transpordist. Need võimaldavad massiliselt transportida rakkudest vesiikulite kaudu rakkudesse ja välja, nii et rakud võivad kanda suuri molekule. Mõnikord vajavad rakud suurt valku või muud ainet, mis ei sobi plasmamembraan või transpordikanaleid.

Nende jaoks makromolekulid, endotsütoos ja eksotsütoos on parimad võimalused. Kuna nad kasutavad aktiivset transporti, vajavad nad mõlemad töötamiseks energiat. Need protsessid on inimese jaoks olulised, kuna neil on roll närvi- ja immuunsüsteemi töös.

Endotsütoosi ajal kulutab rakk väljaspool oma plasmamembraani suurt molekuli. Rakk kasutab oma membraani molekuli ümbritsemiseks ja söömiseks, klappides selle kohale. Nii tekib vesiikul, mis on membraaniga ümbritsetud kott, mis sisaldab molekuli. Seejärel tuleb vesiikul plasmamembraanilt maha ja viib molekuli raku sisemusse.

Lisaks suurte molekulide tarbimisele võib rakk süüa ka teisi rakke või nende osi. Kaks peamist tüüpi endotsütoosi on fagotsütoos ja pinotsütoos. Fagotsütoos on see, kuidas rakk sööb suurt molekuli. Pinotsütoos on see, kuidas rakk joob vedelikke, näiteks rakuvälist vedelikku.

Mõned rakud kasutavad pinotsütoosi pidevalt, et korjata väikseid toitaineid oma ümbrusest. Rakud suudavad hoida toitainet väikestes vesiikulites, kui need on sees.

Fagotsüüdid on rakud, mis kasutavad asjade tarbimiseks fagotsütoosi. Mõned näited fagotsüütidest inimkehas on valged verelibled, nagu näiteks neutrofiilid ja monotsüüdid. Neutrofiilid võitlevad sissetungivate bakteritega fagotsütoosi kaudu ja aitavad vältida bakterite haavamist, ümbritsevad bakterid, tarbivad neid ja hävitavad seeläbi.

Monotsüüdid on suuremad kui neutrofiilid. Kuid nad kasutavad bakterite või surnud rakkude tarbimiseks ka fagotsütoosi.

Teie kopsudes on ka fagotsüüdid, mida nimetatakse makrofaagid. Tolmu sisse hingates jõuab osa sellest kopsudesse ja läheb nn õhukottidesse alveoolid. Seejärel saavad makrofaagid tolmu rünnata ja seda ümbritseda. Nad neelavad sisuliselt tolmu, et teie kopsud oleksid terved. Kuigi inimkehal on tugev kaitsesüsteem, ei toimi see mõnikord hästi.

Näiteks võivad ränidioksiidi osakesi neelavad makrofaagid surra ja eraldada mürgiseid aineid. See võib põhjustada armekoe moodustumist.

Amoebad on üherakulised ja söömiseks tuginevad nad fagotsütoosile. Nad otsivad toitaineid ja ümbritsevad neid; siis neelavad nad toitu ja moodustavad toiduvakuooli. Edasi toit vakuole liitub amööbide sees oleva lüsosoomiga toitainete lagundamiseks. The lüsosoom on ensüüme, mis protsessi aitavad.

Retseptori vahendatud endotsütoos võimaldab rakkudel tarbida teatud tüüpi molekule, mida nad vajavad. Retseptori valgud aidata seda protsessi, seondudes nende molekulidega, nii et rakust saab vesiikulit. See võimaldab spetsiifilistel molekulidel rakku siseneda.

Tavaliselt toimib retseptori vahendatud endotsütoos raku kasuks ja võimaldab tal haarata olulisi vajalikke molekule. Kuid viirused saavad protsessi rakku sisenemiseks ja selle nakatamiseks ära kasutada. Pärast viiruse kinnitumist rakule peab ta leidma viisi, kuidas rakku siseneda. Viirused saavutavad selle seondudes retseptorvalkudega ja sattudes vesiikulitesse.

Eksotsütoosi ajal liituvad raku sees olevad vesiikulid plasmamembraaniga ja vabastavad nende sisu; sisu valgub väljapoole lahtrit. See võib juhtuda siis, kui rakk tahab molekuli liikuda või sellest vabaneda. Valk on tavaline molekul, mida rakud soovivad sel viisil üle kanda. Põhimõtteliselt on eksotsütoos vastupidine endotsütoosile.

Protsess algab vesiikuliga, mis sulandub plasmamembraanile. Järgmisena avaneb vesiikul ja vabastab sees olevad molekulid. Selle sisu siseneb rakuvälisesse ruumi, et teised rakud saaksid neid kasutada või hävitada.

Rakud kasutavad eksotsütoosi paljude protsesside jaoks, näiteks valkude või ensüümide sekreteerimiseks. Nad võivad seda ka kasutada antikehad või peptiidhormoonid. Mõni rakk kasutab neurotransmitterite ja plasmamembraani valkude liigutamiseks isegi eksotsütoosi.

Eksotsütoosi on kahte tüüpi: kaltsiumist sõltuv eksotsütoos ja kaltsiumist sõltumatu eksotsütoos. Nagu nime järgi võite arvata, mõjutab kaltsium kaltsiumist sõltuvat eksotsütoosi. Kaltsiumist sõltumatu eksotsütoosi korral pole kaltsium oluline.

Paljud organismid kasutavad organelli, mida nimetatakse Golgi kompleks või Golgi aparaat rakkudest väljaveetavate vesiikulite loomiseks. Golgi kompleks võib modifitseerida ja töödelda nii valke kui ka lipiide. See pakendab need sekretoorsetesse vesiikulitesse, mis kompleksist lahkuvad.

Sisse reguleeritud eksotsütoos, rakk vajab rakuvälised signaalid materjalide välja kolimiseks. See on tavaliselt reserveeritud konkreetsetele rakutüüpidele, nagu sekretoorsed rakud. Nad võivad valmistada teatud ajal neurotransmittereid või muid molekule, mida organism vajab.

Organism ei pruugi neid aineid pidevalt vajada, mistõttu on vajalik nende sekretsiooni reguleerimine. Üldiselt ei jää sekretoorsed vesiikulid plasmamembraani külge kaua. Nad toimetavad molekulid kohale ja eemaldavad ise.

Selle näiteks on neuron, mis eritab neurotransmitterid. Protsess algab sellega, et teie keha neuronirakk loob neurotransmitteritega täidetud vesiikulite. Seejärel liiguvad need vesiikulid raku plasmamembraani ja ootavad.

Järgmisena saavad nad signaali, mis hõlmab kaltsiumiioone, ja vesiikulid lähevad sünapsiaelsele membraanile. Teine kaltsiumiioonide signaal paneb vesiikulid membraanile kinnituma ja sellega sulanduma. See võimaldab neurotransmittereid vabastada.

Aktiivne transport on rakkude jaoks oluline protsess. Nii prokarüootid kui ka eukarüoodid saavad seda kasutada molekulide liikumiseks rakkudest sisse ja välja. Aktiivsel transpordil peab töötamiseks olema energiat, nagu ATP, ja mõnikord on see raku ainus viis.

Rakud toetuvad aktiivsele transpordile, kuna difusioon ei pruugi neid saada, mida nad tahavad. Aktiivne transport võib molekule liigutada nende kontsentratsioonigradientide vastu, nii et rakud saavad toitaineid nagu suhkur või valgud. Nende protsesside käigus mängivad olulist rolli valgukandjad.