Il trasporto attivo richiede energia per funzionare ed è così che una cellula muove le molecole. Il trasporto di materiali dentro e fuori le cellule è essenziale per la funzione generale.
Trasporto attivo e trasporto passivo sono i due modi principali in cui le cellule muovono le sostanze. A differenza del trasporto attivo, il trasporto passivo non richiede energia. Il modo più semplice ed economico è il trasporto passivo; tuttavia, la maggior parte delle cellule deve fare affidamento sul trasporto attivo per rimanere in vita.
Perché utilizzare il trasporto attivo?
Le cellule spesso devono utilizzare il trasporto attivo perché non c'è altra scelta. A volte, la diffusione non funziona per le cellule. Il trasporto attivo utilizza l'energia come adenosina trifosfato (ATP) muovere le molecole contro i loro gradienti di concentrazione. Di solito, il processo coinvolge un vettore proteico che aiuta il trasferimento spostando le molecole all'interno della cellula.
Ad esempio, una cellula potrebbe voler spostare le molecole di zucchero all'interno, ma il gradiente di concentrazione potrebbe non consentire il trasporto passivo. Se c'è una minore concentrazione di zucchero all'interno della cellula e una maggiore concentrazione all'esterno della cellula, il trasporto attivo può spostare le molecole contro il gradiente.
Le cellule utilizzano gran parte dell'energia che creano per il trasporto attivo. Infatti, in alcuni organismi, la maggior parte dell'ATP generato va verso il trasporto attivo e il mantenimento di determinati livelli di molecole all'interno delle cellule.
Gradienti elettrochimici
I gradienti elettrochimici hanno cariche e concentrazioni chimiche diverse. Esistono attraverso una membrana perché alcuni atomi e molecole hanno cariche elettriche. Questo significa che c'è un differenza di potenziale elettrico o potenziale di membrana.
A volte, la cellula deve introdurre più composti e muoversi contro il gradiente elettrochimico. Ciò richiede energia, ma si ripaga in una migliore funzione complessiva delle cellule. È richiesto per alcuni processi, come il mantenimento dei gradienti di sodio e potassio nelle cellule. Le cellule di solito hanno meno sodio e più potassio all'interno, quindi il sodio tende ad entrare nella cellula mentre il potassio se ne va.
Il trasporto attivo consente alla cellula di spostarli contro i loro soliti gradienti di concentrazione.
Trasporto attivo primario
Il trasporto attivo primario utilizza l'ATP come fonte di energia per il movimento. Sposta gli ioni attraverso la membrana plasmatica, creando una differenza di carica. Spesso una molecola entra nella cellula mentre un altro tipo di molecola lascia la cellula. Questo crea differenze di concentrazione e di carica attraverso la membrana cellulare.
Il pompa sodio-potassio è una parte cruciale di molte cellule. La pompa sposta il sodio fuori dalla cellula mentre sposta il potassio all'interno. L'idrolisi dell'ATP fornisce alla cellula l'energia di cui ha bisogno durante il processo. La pompa sodio-potassio è una pompa di tipo P che sposta tre ioni sodio verso l'esterno e porta due ioni potassio all'interno.
La pompa sodio-potassio lega l'ATP e i tre ioni sodio. Quindi, la fosforilazione avviene alla pompa in modo che cambi forma. Ciò consente al sodio di lasciare la cellula e di raccogliere gli ioni potassio. Successivamente, la fosforilazione si inverte, il che cambia nuovamente la forma della pompa, quindi il potassio entra nella cellula. Questa pompa è importante per la funzione nervosa generale e apporta benefici all'organismo.
Tipi di trasportatori attivi primari
Esistono diversi tipi di trasportatori attivi primari. ATPasi di tipo P, come la pompa sodio-potassio, esiste negli eucarioti, nei batteri e negli archei.
È possibile vedere l'ATPasi di tipo P nelle pompe ioniche come le pompe protoniche, le pompe sodio-potassio e le pompe calcio. ATPasi di tipo F esiste in mitocondri, cloroplasti e batteri. ATPasi di tipo V esiste negli eucarioti, e la Trasportatore ABC (ABC significa "cassetta ATP-binding") esiste in entrambi procarioti ed eucarioti.
Trasporto attivo secondario
Il trasporto attivo secondario utilizza gradienti elettrochimici per trasportare le sostanze con l'aiuto di a cotrasportatore. Consente alle sostanze trasportate di salire di pendenza grazie al cotrasportatore, mentre il substrato principale scende di pendenza.
In sostanza, il trasporto attivo secondario utilizza l'energia dei gradienti elettrochimici creati dal trasporto attivo primario. Ciò consente alla cellula di ottenere altre molecole, come il glucosio, all'interno. Il trasporto attivo secondario è importante per la funzione cellulare complessiva.
Tuttavia, il trasporto attivo secondario può anche produrre energia come l'ATP attraverso il gradiente di ioni idrogeno nei mitocondri. Ad esempio, l'energia che si accumula negli ioni idrogeno può essere utilizzata quando gli ioni passano attraverso la proteina del canale ATP sintasi. Ciò consente alla cellula di convertire ADP in ATP.
Proteine di trasporto
Le proteine o le pompe di trasporto sono una parte cruciale del trasporto attivo. Aiutano a trasportare i materiali nella cellula.
Esistono tre tipi principali di proteine trasportatrici: uniportieri, simpatizzanti e antiportatori.
Gli uniportatori trasportano solo un tipo di ione o molecola, ma i simportatori possono trasportare due ioni o molecole nella stessa direzione. Gli antiportatori possono trasportare due ioni o molecole in direzioni diverse.
È importante notare che le proteine di trasporto compaiono nel trasporto attivo e passivo. Alcuni non hanno bisogno di energia per funzionare. Tuttavia, le proteine di trasporto utilizzate nel trasporto attivo hanno bisogno di energia per funzionare. L'ATP consente loro di apportare modifiche alla forma. Un esempio di proteina trasportatrice antiporter è la Na+-K+ATPasi, che può spostare gli ioni potassio e sodio nella cellula.
Endocitosi ed esocitosi
Endocitosi e esocitosi sono anche esempi di trasporto attivo nella cellula. Consentono il movimento di trasporto di massa dentro e fuori le cellule tramite vescicole, in modo che le cellule possano trasferire grandi molecole. A volte le cellule hanno bisogno di una grossa proteina o di un'altra sostanza che non passa attraverso il membrana plasmatica o canali di trasporto.
Per questi macromolecole, endocitosi ed esocitosi sono le migliori opzioni. Poiché utilizzano il trasporto attivo, entrambi hanno bisogno di energia per funzionare. Questi processi sono importanti per gli esseri umani perché hanno ruoli nella funzione nervosa e nella funzione del sistema immunitario.
Panoramica sull'endocitosi
Durante l'endocitosi, la cellula consuma una grande molecola al di fuori della sua membrana plasmatica. La cellula usa la sua membrana per circondare e mangiare la molecola ripiegandosi su di essa. Questo crea una vescicola, che è un sacco circondato da una membrana, che contiene la molecola. Quindi, la vescicola si stacca dalla membrana plasmatica e sposta la molecola all'interno della cellula.
Oltre a consumare grandi molecole, la cellula può mangiare altre cellule o parti di esse. I due principali tipi di endocitosi sono fagocitosi e pinocitosi. La fagocitosi è il modo in cui una cellula mangia una grande molecola. La pinocitosi è il modo in cui una cellula beve liquidi come il fluido extracellulare.
Alcune cellule usano costantemente la pinocitosi per raccogliere piccoli nutrienti dall'ambiente circostante. Le cellule possono trattenere i nutrienti in piccole vescicole una volta che sono all'interno.
Esempi di fagociti
fagociti sono cellule che usano la fagocitosi per consumare cose. Alcuni esempi di fagociti nel corpo umano sono globuli bianchi, ad esempio neutrofili e monociti. I neutrofili combattono i batteri invasori attraverso la fagocitosi e aiutano a prevenire che i batteri ti feriscano circondando i batteri, consumandoli e quindi distruggendoli.
I monociti sono più grandi dei neutrofili. Tuttavia, usano anche la fagocitosi per consumare batteri o cellule morte.
I tuoi polmoni hanno anche i fagociti chiamati macrofagi. Quando inspiri la polvere, una parte di essa raggiunge i polmoni e va nelle sacche d'aria chiamate alveoli. Quindi, i macrofagi possono attaccare la polvere e circondarla. Essenzialmente ingoiano la polvere per mantenere sani i polmoni. Sebbene il corpo umano abbia un forte sistema di difesa, a volte non funziona bene.
Ad esempio, i macrofagi che ingeriscono particelle di silice possono morire ed emettere sostanze tossiche. Ciò può causare la formazione di tessuto cicatriziale.
Le amebe sono unicellulari e per mangiare si affidano alla fagocitosi. Cercano nutrienti e li circondano; quindi, inghiottono il cibo e formano un vacuolo alimentare. Successivamente, il cibo vacùolo si unisce a un lisosoma all'interno delle amebe per abbattere i nutrienti. Il lisosoma ha enzimi che aiutano il processo.
Endocitosi mediata da recettori
Endocitosi mediata da recettori consente alle cellule di consumare tipi specifici di molecole di cui hanno bisogno. Proteine del recettore aiutare questo processo legandosi a queste molecole in modo che la cellula possa formare una vescicola. Ciò consente alle molecole specifiche di entrare nella cellula.
Di solito, l'endocitosi mediata dal recettore funziona a favore della cellula e le consente di catturare importanti molecole di cui ha bisogno. Tuttavia, i virus possono sfruttare il processo per entrare nella cellula e infettarla. Dopo che un virus si è attaccato a una cellula, deve trovare un modo per entrare nella cellula. I virus lo fanno legandosi alle proteine del recettore ed entrando nelle vescicole.
Panoramica sull'esocitosi
Durante l'esocitosi, le vescicole all'interno della cellula si uniscono alla membrana plasmatica e rilasciano il loro contenuto; il contenuto fuoriesce, fuori dalla cella. Questo può accadere quando una cellula vuole muoversi o liberarsi di una molecola. La proteina è una molecola comune che le cellule vogliono trasferire in questo modo. In sostanza, l'esocitosi è l'opposto dell'endocitosi.
Il processo inizia con una vescicola che si fonde con la membrana plasmatica. Successivamente, la vescicola si apre e rilascia le molecole all'interno. I suoi contenuti entrano nello spazio extracellulare in modo che altre cellule possano usarli o distruggerli.
Le cellule usano l'esocitosi per molti processi, come la secrezione di proteine o enzimi. Potrebbero anche usarlo per anticorpi o ormoni peptidici. Alcune cellule usano persino l'esocitosi per spostare i neurotrasmettitori e le proteine della membrana plasmatica.
Esempi di esocitosi
Esistono due tipi di esocitosi: esocitosi calcio-dipendente e esocitosi calcio-indipendente. Come si può intuire dal nome, il calcio influisce sull'esocitosi calcio-dipendente. Nell'esocitosi calcio-indipendente, il calcio non è importante.
Molti organismi usano un organello chiamato Complesso del Golgi o Apparato del Golgi per creare le vescicole che verranno esportate fuori dalle celle. Il complesso di Golgi può modificare ed elaborare sia proteine che lipidi. Li confeziona in vescicole secretorie che lasciano il complesso.
Esocitosi regolata
Nel regolamentato esocitosi, la cellula ha bisogno segnali extracellulari per spostare i materiali fuori. Questo di solito è riservato a tipi cellulari specifici come le cellule secretorie. Possono produrre neurotrasmettitori o altre molecole di cui l'organismo ha bisogno in determinati momenti in determinate quantità.
L'organismo potrebbe non aver bisogno di queste sostanze in modo costante, quindi è necessario regolare la loro secrezione. In generale, le vescicole secretorie non si attaccano a lungo alla membrana plasmatica. Consegnano le molecole e si rimuovono.
Un esempio di questo è un neurone che secerne neurotrasmettitori. Il processo inizia con una cellula neuronale nel tuo corpo che crea una vescicola piena di neurotrasmettitori. Quindi, queste vescicole viaggiano verso la membrana plasmatica della cellula e aspettano.
Successivamente, ricevono un segnale, che coinvolge gli ioni di calcio, e le vescicole vanno alla membrana pre-sinaptica. Un secondo segnale di ioni calcio dice alle vescicole di attaccarsi alla membrana e fondersi con essa. Ciò consente il rilascio dei neurotrasmettitori.
Il trasporto attivo è un processo importante per le cellule. Sia i procarioti che gli eucarioti possono usarlo per spostare le molecole dentro e fuori le loro cellule. Il trasporto attivo deve avere energia, come l'ATP, per funzionare, e talvolta è l'unico modo in cui una cellula può funzionare.
Le cellule si affidano al trasporto attivo perché la diffusione potrebbe non ottenere loro ciò che vogliono. Il trasporto attivo può spostare le molecole contro i loro gradienti di concentrazione, così le cellule possono catturare nutrienti come zucchero o proteine. I trasportatori di proteine svolgono un ruolo importante durante questi processi.
