能動輸送：一次および二次の概要

能動輸送は機能するためにエネルギーを必要とし、それは細胞が分子を動かす方法です。 細胞内外への物質の輸送は、全体的な機能にとって不可欠です。

能動輸送と受動輸送 細胞が物質を動かす2つの主な方法です。 能動輸送とは異なり、受動輸送はエネルギーを必要としません。 より簡単で安価な方法は受動輸送です。 しかし、ほとんどの細胞は生き続けるために能動輸送に依存しなければなりません。

他に選択肢がないため、細胞はしばしば能動輸送を使用しなければなりません。 細胞に対して拡散が機能しない場合があります。 能動輸送は次のようなエネルギーを使用します アデノシン三リン酸 （ATP） 分子を濃度勾配に逆らって移動させます。 通常、このプロセスには、分子を細胞の内部に移動させることによって移動を助けるタンパク質担体が含まれます。

たとえば、細胞は糖分子を内部に移動させたい場合がありますが、濃度勾配によって受動輸送が許可されない場合があります。 細胞内の糖濃度が低く、細胞外の糖濃度が高い場合、能動輸送によって分子が勾配に逆らって移動する可能性があります。

細胞は、能動輸送のために生成するエネルギーの大部分を使用します。 実際、一部の生物では、生成されたATPの大部分が能動輸送に向かい、細胞内の特定のレベルの分子を維持します。

電気化学勾配には、異なる電荷と化学物質濃度があります。 一部の原子や分子は電荷を持っているため、それらは膜を越えて存在します。 これは、 電位差 または 膜電位.

場合によっては、セルはより多くの化合物を取り込み、電気化学的勾配に逆らって移動する必要があります。 これにはエネルギーが必要ですが、全体的な細胞機能が向上します。 細胞内のナトリウムとカリウムの勾配の維持など、いくつかのプロセスに必要です。 細胞は通常、ナトリウムが少なく、カリウムが多いため、カリウムが出るときにナトリウムが細胞に入る傾向があります。

能動輸送により、細胞は通常の濃度勾配に逆らってそれらを動かすことができます。

一次能動輸送は、運動のエネルギー源としてATPを使用します。 イオンを原形質膜を横切って移動させ、電荷の差を生じさせます。 多くの場合、別の種類の分子が細胞を離れるときに、分子が細胞に入ります。 これにより、細胞膜全体に濃度と電荷の両方の違いが生じます。

ザ・ ナトリウム-カリウムポンプ 多くの細胞の重要な部分です。 ポンプはナトリウムをセルの外に移動し、カリウムを内部に移動します。 ATPの加水分解は、細胞にプロセス中に必要なエネルギーを与えます。 ナトリウム-カリウムポンプは、3つのナトリウムイオンを外側に移動させ、2つのカリウムイオンを内側に運ぶP型ポンプです。

ナトリウム-カリウムポンプはATPと3つのナトリウムイオンを結合します。 次に、リン酸化がポンプで起こり、ポンプの形状が変化します。 これにより、ナトリウムが細胞から出て、カリウムイオンが拾われます。 次に、リン酸化が逆転し、ポンプの形状が再び変化するため、カリウムがセルに入ります。 このポンプは全体的な神経機能にとって重要であり、生物に利益をもたらします。

一次能動輸送体にはさまざまな種類があります。 P型ATPアーゼナトリウム-カリウムポンプなどは、真核生物、細菌、古細菌に存在します。

P型ATPaseは、プロトンポンプ、ナトリウム-カリウムポンプ、カルシウムポンプなどのイオンポンプで見ることができます。 F型ATPase に存在します ミトコンドリア, 葉緑体 とバクテリア。 V型ATPアーゼ 真核生物に存在し、 ABCトランスポーター （ABCは「ATP結合カセット」を意味します）両方に存在します 原核生物と真核生物.

二次能動輸送は、電気化学的勾配を使用して、 共輸送体. それは、主基質がその勾配を下に移動する間、運ばれた物質が共輸送体のおかげでそれらの勾配を上に移動することを可能にします。

基本的に、二次能動輸送は、一次能動輸送が作り出す電気化学的勾配からのエネルギーを使用します。 これにより、細胞はブドウ糖などの他の分子を内部に取り込むことができます。 二次能動輸送は、細胞機能全体にとって重要です。

ただし、二次能動輸送は、ミトコンドリアの水素イオン勾配を介してATPのようなエネルギーを生成することもできます。 たとえば、水素イオンに蓄積されるエネルギーは、イオンがチャネルタンパク質ATPシンターゼを通過するときに使用できます。 これにより、セルはADPをATPに変換できます。

キャリアタンパク質またはポンプは、能動輸送の重要な部分です。 それらは細胞内の物質の輸送を助けます。

キャリアタンパク質には3つの主要なタイプがあります。 ユニポーター, シンポーター そして アンチポーター.

ユニポーターは1種類のイオンまたは分子のみを運びますが、シンポーターは2つのイオンまたは分子を同じ方向に運ぶことができます。 アンチポーターは、2つのイオンまたは分子を異なる方向に運ぶことができます。

キャリアタンパク質は能動輸送と受動輸送に現れることに注意することが重要です。 働くのにエネルギーを必要としない人もいます。 ただし、能動輸送で使用される担体タンパク質は、機能するためにエネルギーを必要とします。 ATPは彼らが形を変えることを可能にします。 アンチポーターキャリアタンパク質の例はNa + -K + ATPaseで、これは細胞内のカリウムイオンとナトリウムイオンを動かすことができます。

エンドサイトーシス そして エキソサイトーシス 細胞内の能動輸送の例でもあります。 それらは、小胞を介して細胞に出入りするバルク輸送の動きを可能にするので、細胞は大きな分子を移動させることができます。 時々細胞は大きなタンパク質や他の物質を必要としますが、 原形質膜 または輸送チャネル。

これらのために 高分子、エンドサイトーシスとエキソサイトーシスが最良の選択肢です。 彼らは能動輸送を使用しているので、両方とも働くためにエネルギーを必要とします。 これらのプロセスは、神経機能と免疫系機能に役割を果たしているため、人間にとって重要です。

エンドサイトーシスの間、細胞はその原形質膜の外側で大きな分子を消費します。 細胞はその膜を使って分子を包み込み、折りたたんで食べます。 これにより、分子を含む膜に囲まれた嚢である小胞が作成されます。 次に、小胞は原形質膜から外れ、分子を細胞の内部に移動させます。

大きな分子を消費することに加えて、細胞は他の細胞またはそれらの一部を食べ​​ることができます。 エンドサイトーシスの2つの主なタイプは 食作用 そして 飲作用. 食作用は、細胞が大きな分子を食べる方法です。 飲作用は、細胞が細胞外液などの液体を飲む方法です。

一部の細胞は常に飲作用を使用して周囲から小さな栄養素を拾います。 細胞は、中に入ると小さな小胞に栄養素を保持することができます。

食細胞 食作用を利用して物を消費する細胞です。 人体の食細胞のいくつかの例は次のとおりです。 白血球、 といった 好中球 そして 単球. 好中球は、食作用によって侵入するバクテリアと戦い、バクテリアを取り囲み、それを消費して破壊することにより、バクテリアがあなたを傷つけるのを防ぎます。

単球は好中球よりも大きいです。 しかし、彼らはまた、バクテリアや死んだ細胞を消費するために食作用を使用します。

あなたの肺にはまた、と呼ばれる食細胞があります マクロファージ. ほこりを吸い込むと、その一部が肺に到達し、「気嚢」と呼ばれる気嚢に入ります。 肺胞. 次に、マクロファージはほこりを攻撃し、それを取り囲むことができます。 彼らは本質的にあなたの肺を健康に保つためにほこりを飲み込みます。 人体は強力な防御システムを持っていますが、うまく機能しない場合があります。

たとえば、シリカ粒子を飲み込むマクロファージは死んで有毒物質を放出する可能性があります。 これにより、瘢痕組織が形成される可能性があります。

アメーバは単細胞であり、食作用に依存して食べます。 彼らは栄養素を探し、それらを取り囲みます。 次に、それらは食物を飲み込み、食物胞を形成します。 次に、食べ物 液胞 アメーバ内のリソソームに加わり、栄養素を分解します。 ザ・ リソソーム プロセスを助ける酵素があります。

受容体を介したエンドサイトーシス 細胞が必要な特定の種類の分子を消費できるようにします。 受容体タンパク質 細胞が小胞を作ることができるようにこれらの分子に結合することによってこのプロセスを助けます。 これにより、特定の分子が細胞に入ることができます。

通常、受容体を介したエンドサイトーシスは細胞に有利に働き、必要な重要な分子を捕捉することができます。 ただし、ウイルスはプロセスを悪用して細胞に侵入し、感染する可能性があります。 ウイルスが細胞に付着した後、細胞内に侵入する方法を見つける必要があります。 ウイルスは、受容体タンパク質に結合し、小胞内に侵入することによってこれを達成します。

エキソサイトーシスの間、細胞内の小胞は原形質膜に結合し、その内容物を放出します。 内容物がセルの外にこぼれます。 これは、細胞が分子を移動または除去したいときに発生する可能性があります。 タンパク質は、細胞がこのように移動したい一般的な分子です。 本質的に、エキソサイトーシスはエンドサイトーシスの反対です。

このプロセスは、小胞が原形質膜に融合することから始まります。 次に、小胞が開き、内部の分子を放出します。 その内容物は細胞外空間に入り、他の細胞がそれらを使用したり破壊したりできるようにします。

細胞は、タンパク質や酵素の分泌など、多くのプロセスでエキソサイトーシスを使用します。 彼らはまたそれを使用するかもしれません 抗体 またはペプチドホルモン。 一部の細胞は、エキソサイトーシスを使用して神経伝達物質や原形質膜タンパク質を移動させます。

エキソサイトーシスには2つのタイプがあります。 カルシウム依存性エキソサイトーシス そして カルシウム非依存性エキソサイトーシス. 名前から推測できるように、カルシウムはカルシウム依存性エキソサイトーシスに影響を及ぼします。 カルシウム非依存性エキソサイトーシスでは、カルシウムは重要ではありません。

多くの生物は、と呼ばれる細胞小器官を使用しています ゴルジ複合体 または ゴルジ体 セルからエクスポートされる小胞を作成します。 ゴルジ複合体は、タンパク質と脂質の両方を修飾および処理できます。 それは、複合体を離れる分泌小胞にそれらをパッケージ化します。

に 規制 エキソサイトーシス、細胞が必要 細胞外シグナル 材料を移動します。 これは通常、分泌細胞などの特定の細胞タイプのために予約されています。 それらは、生物が特定の時間に特定の量で必要とする神経伝達物質または他の分子を作るかもしれません。

生物はこれらの物質を絶えず必要としないかもしれないので、それらの分泌を調節することが必要です。 一般的に、分泌小胞は原形質膜に長く付着しません。 それらは分子を供給し、それら自身を取り除きます。

この例は、分泌するニューロンです。 神経伝達物質. このプロセスは、体内のニューロン細胞が神経伝達物質で満たされた小胞を作ることから始まります。 次に、これらの小胞は細胞の原形質膜に移動し、待機します。

次に、それらはカルシウムイオンを含む信号を受け取り、小胞はシナプス前膜に行きます。 カルシウムイオンの2番目の信号は、小胞に膜に付着して融合するように指示します。 これにより、神経伝達物質が放出されます。

能動輸送は細胞にとって重要なプロセスです。 原核生物と真核生物の両方がそれを使用して、分子を細胞に出し入れすることができます。 能動輸送が機能するには、ATPのようなエネルギーが必要であり、細胞が機能できる唯一の方法である場合もあります。

細胞は能動輸送に依存しています。なぜなら、拡散によって細胞が望むものが得られない可能性があるからです。 能動輸送は分子をそれらの濃度勾配に逆らって動かすことができるので、細胞は糖やタンパク質のような栄養素を捕獲することができます。 タンパク質担体は、これらのプロセス中に重要な役割を果たします。