Aktiivinen liikenne: Yleiskatsaus ensisijaiseen ja toissijaiseen

Aktiivinen kuljetus vaatii energiaa toimiakseen, ja solu siirtää molekyylejä näin. Materiaalien kuljettaminen soluihin ja soluista on välttämätöntä yleisen toiminnan kannalta.

Aktiivinen ja passiivinen kuljetus ovat kaksi pääasiallista tapaa, jolla solut siirtävät aineita. Toisin kuin aktiivinen kuljetus, passiivinen kuljetus ei vaadi energiaa. Helpompi ja halvempi tapa on passiivinen kuljetus; useimpien solujen on kuitenkin luotettava aktiiviseen kuljetukseen pysyäkseen hengissä.

Solujen on usein käytettävä aktiivista liikennettä, koska muuta vaihtoehtoa ei ole. Joskus diffuusio ei toimi soluilla. Aktiivinen liikenne kuluttaa energiaa adenosiinitrifosfaatti (ATP) siirtää molekyylejä niiden pitoisuusgradientteja vastaan. Yleensä prosessiin liittyy proteiinikantaja, joka auttaa siirtymistä siirtämällä molekyylit solun sisätilaan.

Esimerkiksi solu saattaa haluta siirtää sokerimolekyylejä sisälle, mutta pitoisuusgradientti ei välttämättä salli passiivista kuljetusta. Jos solun sisällä on matalampi sokeripitoisuus ja solun ulkopuolella suurempi pitoisuus, aktiivinen kuljetus voi liikuttaa molekyylejä kaltevuutta vastaan.

Solut käyttävät suuren osan luomastaan ​​energiasta aktiiviseen kuljetukseen. Itse asiassa joissakin organismeissa suurin osa muodostuneesta ATP: stä menee kohti aktiivista kuljetusta ja tiettyjen molekyylitasojen ylläpitämistä solujen sisällä.

Sähkökemiallisilla gradienteilla on erilaiset varaukset ja kemialliset pitoisuudet. Ne ovat olemassa kalvon poikki, koska joillakin atomeilla ja molekyyleillä on sähkövarauksia. Tämä tarkoittaa, että on olemassa sähköpotentiaaliero tai kalvopotentiaali.

Joskus solun on tuotava lisää yhdisteitä ja siirryttävä sähkökemiallista gradienttia vastaan. Tämä vaatii energiaa, mutta maksaa paremmin paremmalla solun toiminnalla. Sitä tarvitaan joissakin prosesseissa, kuten natrium- ja kaliumgradienttien ylläpitäminen soluissa. Soluissa on yleensä vähemmän natriumia ja enemmän kaliumia sisällä, joten natrium pyrkii pääsemään soluun, kun kalium lähtee.

Aktiivinen kuljetus antaa solun siirtää ne tavanomaisia ​​pitoisuusgradienttejaan vastaan.

Ensisijainen aktiivinen kuljetus käyttää ATP: tä energian lähteenä liikkumiseen. Se siirtää ioneja plasmakalvon poikki, mikä luo varauseron. Usein molekyyli saapuu soluun toisen tyyppisen molekyylin poistuessa solusta. Tämä luo sekä pitoisuus- että varauseroja solun membraanin yli.

natrium-kaliumpumppu on tärkeä osa monia soluja. Pumppu siirtää natriumia solusta samalla kun se siirtää kaliumia sisälle. ATP: n hydrolyysi antaa solulle prosessin aikana tarvitsemansa energian. Natrium-kaliumpumppu on P-tyyppinen pumppu, joka siirtää kolme natriumionia ulkopuolelle ja tuo kaksi kaliumionia sisälle.

Natrium-kaliumpumppu sitoo ATP: tä ja kolme natriumionia. Sitten fosforylaatio tapahtuu pumpussa niin, että se muuttaa muotoaan. Tämä antaa natriumin poistua solusta ja kaliumionit poimia. Seuraavaksi fosforylaatio kääntyy, mikä taas muuttaa pumpun muotoa, joten kalium tulee soluun. Tämä pumppu on tärkeä yleisen hermotoiminnan kannalta ja hyödyttää organismia.

Ensisijaisia ​​aktiivisia kuljettajia on erilaisia. P-tyypin ATPaasi, kuten natrium-kaliumpumppu, esiintyy eukaryooteissa, bakteereissa ja arkeissa.

Voit nähdä P-tyypin ATPaasin ionipumpuissa, kuten protonipumpuissa, natrium-kaliumpumpuissa ja kalsiumpumpuissa. F-tyypin ATPaasi olemassa mitokondrioita, kloroplastit ja bakteerit. V-tyypin ATPaasi esiintyy eukaryooteissa, ja ABC-kuljettaja (ABC tarkoittaa "ATP: tä sitovaa kasettia") on olemassa molemmissa prokaryootit ja eukaryootit.

Toissijainen aktiivinen kuljetus käyttää sähkökemiallisia gradientteja aineiden kuljettamiseen a: n avulla kuljettaja. Se antaa kuljetettavien aineiden liikkua ylöspäin gradienttinsa kuljetuskuljettimen ansiosta, kun taas pääalusta siirtyy kaltevuuttaan alaspäin.

Pohjimmiltaan sekundäärinen aktiivinen kuljetus käyttää primäärisen aktiivisen kuljetuksen luomien sähkökemiallisten gradienttien energiaa. Tämä antaa solulle mahdollisuuden saada muita molekyylejä, kuten glukoosia, sisälle. Toissijainen aktiivinen kuljetus on tärkeää solujen yleiselle toiminnalle.

Toissijainen aktiivinen kuljetus voi kuitenkin myös tuottaa energiaa kuten ATP vetyionigradientin kautta mitokondrioissa. Esimerkiksi vetyioneihin kertyvää energiaa voidaan käyttää, kun ionit kulkevat kanava-proteiini-ATP-syntaasin läpi. Tämän avulla solu voi muuntaa ADP: n ATP: ksi.

Kantajaproteiinit tai pumput ovat tärkeä osa aktiivista kuljetusta. Ne auttavat kuljettamaan materiaaleja solussa.

Kantajaproteiineja on kolme päätyyppiä: uniporters, symporters ja antiporters.

Uniportterit kuljettavat vain yhtä tyyppiä ioneja tai molekyylejä, mutta symportterit voivat kuljettaa kahta ionia tai molekyyliä samaan suuntaan. Antiportterit voivat kuljettaa kahta ionia tai molekyyliä eri suuntiin.

On tärkeää huomata, että kantajaproteiineja esiintyy aktiivisessa ja passiivisessa kuljetuksessa. Jotkut eivät tarvitse energiaa toimiakseen. Aktiivisessa kuljetuksessa käytetyt kantajaproteiinit tarvitsevat kuitenkin energiaa toimiakseen. ATP antaa heille mahdollisuuden muuttaa muotoa. Esimerkki kantaja-aineen kantajaproteiinista on Na + -K + ATPaasi, joka voi siirtää kalium- ja natriumioneja solussa.

Endosytoosi ja eksosytoosi ovat myös esimerkkejä aktiivisesta kulkeutumisesta solussa. Ne mahdollistavat irtotavaran liikkumisen soluihin ja pois soluista vesikkeleiden kautta, jotta solut voivat siirtää suuria molekyylejä. Joskus solut tarvitsevat suuren proteiinin tai muun aineen, joka ei mahdu plasmakalvo tai kuljetuskanavat.

Näiden vuoksi makromolekyylit, endosytoosi ja eksosytoosi ovat parhaat vaihtoehdot. Koska he käyttävät aktiivista liikennettä, he molemmat tarvitsevat energiaa toimiakseen. Nämä prosessit ovat tärkeitä ihmisille, koska niillä on rooli hermo- ja immuunijärjestelmän toiminnassa.

Endosytoosin aikana solu kuluttaa suuren molekyylin plasmamembraaninsa ulkopuolella. Solu käyttää kalvonsa ympäröimään ja syömään molekyylin taittumalla sen päälle. Tämä luo rakkulan, joka on kalvon ympäröimä pussi, joka sisältää molekyylin. Sitten vesikkeli irtoaa plasmamembraanista ja siirtää molekyylin solun sisäosaan.

Suurten molekyylien kulutuksen lisäksi solu voi syödä muita soluja tai niiden osia. Kaksi päätyyppiä endosytoosista ovat fagosytoosi ja pinosytoosi. Fagosytoosi on se, miten solu syö suuren molekyylin. Pinosytoosi on se, miten solu juo nesteitä, kuten solunulkoista nestettä.

Jotkut solut käyttävät jatkuvasti pinosytoosia poimimaan pieniä ravintoaineita ympäristöstään. Solut voivat pitää ravinteita pienissä rakkuloissa, kun ne ovat sisällä.

Fagosyytit ovat soluja, jotka käyttävät fagosytoosia tavaroiden kuluttamiseen. Joitakin esimerkkejä fagosyytteistä ihmiskehossa ovat valkosolut, kuten neutrofiilit ja monosyytit. Neutrofiilit torjuvat hyökkääviä bakteereja fagosytoosin avulla ja auttavat estämään bakteereja vahingoittamasta sinua ympäröimällä bakteereita, kuluttamalla niitä ja tuhoamalla siten ne.

Monosyytit ovat suurempia kuin neutrofiilit. Kuitenkin he käyttävät myös fagosytoosia bakteerien tai kuolleiden solujen kuluttamiseen.

Keuhkoissasi on myös fagosyyttejä makrofagit. Kun hengität pölyä, osa siitä pääsee keuhkoihisi ja menee kutsuttuihin ilmapusseihin alveolit. Sitten makrofagit voivat hyökätä pölyä vastaan ​​ja ympäröivät sen. Ne pääsääntöisesti nielevät pölyn pitämään keuhkot terveinä. Vaikka ihmiskeholla on vahva puolustusjärjestelmä, se ei joskus toimi hyvin.

Esimerkiksi piidioksidihiukkasia nielevät makrofagit voivat kuolla ja päästää myrkyllisiä aineita. Tämä voi aiheuttaa arpikudoksen muodostumista.

Amoebat ovat yksisoluisia ja syövät fagosytoosista. He etsivät ravinteita ja ympäröivät niitä; sitten ne nielevät ruoan ja muodostavat ruoka-vakuolin. Seuraavaksi ruoka tyhjiö liittyy lysosomiin amebojen sisällä ravinteiden hajottamiseksi. lysosomi on entsyymejä, jotka auttavat prosessia.

Reseptorivälitteinen endosytoosi sallii solujen kuluttaa tietyntyyppisiä molekyylejä, joita he tarvitsevat. Reseptoriproteiinit auttaa tätä prosessia sitoutumalla näihin molekyyleihin, jotta solu voi tehdä vesikkelin. Tämä antaa tiettyjen molekyylien päästä soluun.

Yleensä reseptorivälitteinen endosytoosi toimii solun hyväksi ja antaa sen siepata tärkeät molekyylit, joita se tarvitsee. Virukset voivat kuitenkin hyödyntää prosessin päästä soluun ja tartuttaa sen. Kun virus on kiinnittynyt soluun, sen on löydettävä tapa päästä solun sisään. Virukset toteuttavat tämän sitoutumalla reseptoriproteiineihin ja pääsemällä vesikkeleihin.

Eksosytoosin aikana solun sisällä olevat rakkulat liittyvät plasmakalvoon ja vapauttavat niiden sisällön; sisältö vuotaa solun ulkopuolelle. Tämä voi tapahtua, kun solu haluaa liikkua tai päästä eroon molekyylistä. Proteiini on yleinen molekyyli, jonka solut haluavat siirtää tällä tavalla. Pohjimmiltaan eksosytoosi on päinvastainen endosytoosille.

Prosessi alkaa vesikkelin sulautumisella plasmakalvoon. Seuraavaksi vesikkeli avautuu ja vapauttaa sisällä olevat molekyylit. Sen sisältö menee solunulkoiseen tilaan, jotta muut solut voivat käyttää niitä tai tuhota ne.

Solut käyttävät eksosytoosia monissa prosesseissa, kuten proteiinien tai entsyymien erittämisessä. He voivat käyttää sitä myös vasta-aineita tai peptidihormonit. Jotkut solut käyttävät jopa eksosytoosia siirtääkseen välittäjäaineita ja plasmakalvoproteiineja.

Eksosytoosia on kahta tyyppiä: kalsiumriippuvainen eksosytoosi ja kalsiumista riippumaton eksosytoosi. Kuten nimestä voi arvata, kalsium vaikuttaa kalsiumriippuvaiseen eksosytoosiin. Kalsiumista riippumattomassa eksosytoosissa kalsiumilla ei ole merkitystä.

Monet organismit käyttävät organellia, jota kutsutaan Golgi-kompleksi tai Golgin laite luoda rakkulat, jotka viedään soluista. Golgi-kompleksi voi modifioida ja prosessoida sekä proteiineja että lipidejä. Se pakkaa ne eritysrakkuloihin, jotka poistuvat kompleksista.

Sisään säännelty eksosytoosi, solu tarvitsee solunulkoiset signaalit siirtää materiaaleja pois. Tämä on yleensä varattu tietyille solutyypeille, kuten erityssoluille. Ne voivat valmistaa välittäjäaineita tai muita molekyylejä, joita organismi tarvitsee tiettyinä aikoina, tiettyinä määrinä.

Organismi ei ehkä tarvitse näitä aineita jatkuvasti, joten niiden erityksen säätely on välttämätöntä. Erittyvät rakkulat eivät yleensä tartu plasmamembraaniin pitkään. Ne toimittavat molekyylit ja poistavat itsensä.

Esimerkki tästä on hermosolu, joka erittää välittäjäaineet. Prosessi alkaa kehosi hermosolusta, joka luo rakkulan, joka on täynnä välittäjäaineita. Sitten nämä rakkulat kulkevat solun plasmakalvoon ja odottavat.

Seuraavaksi he saavat signaalin, johon liittyy kalsiumioneja, ja rakkulat menevät esisynaptiseen kalvoon. Toinen kalsiumionien signaali käskee vesikkeleitä kiinnittymään kalvoon ja sulautumaan sen kanssa. Tämä mahdollistaa hermovälittäjäaineiden vapautumisen.

Aktiivinen kuljetus on tärkeä prosessi soluille. Sekä prokaryootit että eukaryootit voivat käyttää sitä molekyylien siirtämiseen soluihinsa ja ulos soluistaan. Aktiivisessa liikenteessä on oltava energiaa, kuten ATP, toimiakseen, ja joskus se on ainoa tapa, jolla solu voi toimia.

Solut luottavat aktiiviseen kuljetukseen, koska diffuusio ei välttämättä saa niitä haluamaansa. Aktiivinen kuljetus voi siirtää molekyylejä pitoisuusgradienttejaan vastaan, joten solut voivat siepata ravintoaineita, kuten sokeria tai proteiineja. Proteiinikantajilla on tärkeä rooli näiden prosessien aikana.