Aktyvus transportas: pirminio ir antrinio apžvalga

Aktyviam transportui reikia energijos, kad jis veiktų, ir taip ląstelė juda molekules. Medžiagų gabenimas į ląsteles ir iš jų yra būtinas bendrai funkcijai.

Aktyvus ir pasyvus transportas yra du pagrindiniai ląstelių judėjimo būdai. Skirtingai nuo aktyvaus transporto, pasyviam transportui nereikia energijos. Lengvesnis ir pigesnis būdas yra pasyvus transportas; tačiau dauguma ląstelių turi pasikliauti aktyviu transportu, kad išliktų gyvi.

Ląstelėms dažnai tenka naudotis aktyviuoju transportu, nes nėra kito pasirinkimo. Kartais difuzija ląstelėms neveikia. Aktyvus transportas naudoja energiją kaip adenozino trifosfatas (ATP) judinti molekules prieš jų koncentracijos gradientus. Paprastai procese dalyvauja baltymų nešėjas, kuris padeda pernešti molekules perkeldamas į ląstelės vidų.

Pavyzdžiui, ląstelė gali norėti perkelti cukraus molekules viduje, tačiau koncentracijos gradientas gali neleisti pasyvaus pernašos. Jei ląstelės viduje yra mažesnė cukraus koncentracija, o už ląstelės ribų - didesnė, tada aktyvus transportas gali judinti molekules prieš gradientą.

Ląstelės naudoja didelę dalį sukurtos energijos aktyviam transportavimui. Tiesą sakant, kai kuriuose organizmuose didžioji dalis susidariusio ATP nukreipiama į aktyvųjį transportavimą ir tam tikrų molekulių lygių palaikymą ląstelių viduje.

Elektrocheminiai gradientai turi skirtingus krūvius ir chemines koncentracijas. Jie egzistuoja per membraną, nes kai kurie atomai ir molekulės turi elektrinius krūvius. Tai reiškia, kad yra elektrinio potencialo skirtumas arba membranos potencialas.

Kartais ląstelė turi įnešti daugiau junginių ir judėti prieš elektrocheminį gradientą. Tam reikia energijos, tačiau atsiperka geresnė bendra ląstelių funkcija. Jis reikalingas kai kuriems procesams, pavyzdžiui, palaikant natrio ir kalio gradientus ląstelėse. Ląstelėse paprastai yra mažiau natrio ir daugiau kalio, todėl natris linkęs patekti į ląstelę, kol kalis palieka.

Aktyvus transportavimas leidžia ląstelei juos perkelti į įprastus koncentracijos gradientus.

Pirminis aktyvus transportas naudoja ATP kaip energijos šaltinį judėjimui. Jis judina jonus per plazmos membraną, o tai sukuria krūvio skirtumą. Dažnai molekulė patenka į ląstelę, kai kitos rūšies molekulė palieka ląstelę. Tai sukuria tiek koncentracijos, tiek krūvio skirtumus ląstelės membranoje.

The natrio-kalio pompa yra labai svarbi daugelio ląstelių dalis. Siurblys perkelia natrį iš ląstelės, tuo pačiu judindamas kalį. ATP hidrolizė suteikia ląstelei proceso metu reikalingą energiją. Natrio-kalio siurblys yra P tipo siurblys, kuris tris natrio jonus perkelia į išorę ir du kalio jonus įneša į vidų.

Natrio-kalio siurblys suriša ATP ir tris natrio jonus. Tada fosforilinimas vyksta prie siurblio, todėl jis keičia savo formą. Tai leidžia natriui išeiti iš ląstelės ir pasiimti kalio jonus. Tada fosforilinimas pasikeičia, o tai vėl pakeičia siurblio formą, todėl kalis patenka į ląstelę. Šis siurblys yra svarbus bendrai nervų funkcijai ir naudingas organizmui.

Pagrindinių aktyvių vežėjų yra įvairių tipų. P tipo ATPazė, pavyzdžiui, natrio-kalio pompa, yra eukariotuose, bakterijose ir archėjose.

P tipo ATPazę galite pamatyti jonų siurbliuose, tokiuose kaip protonų, natrio-kalio ir kalcio. F tipo ATPazė egzistuoja mitochondrijos, chloroplastai ir bakterijos. V tipo ATPazė egzistuoja eukariotuose, o ABC transporteris (ABC reiškia „ATP surišanti kasetė“) yra abiejuose prokariotai ir eukariotai.

Antrinis aktyvus transportavimas naudoja elektrocheminius gradientus medžiagoms pervežti padedant a kotransporteris. Tai leidžia vežamoms medžiagoms judėti aukštyn savo kotransporterio dėka, o pagrindinis substratas - savo gradientu.

Iš esmės antrinis aktyvus transportas naudoja energiją iš elektrocheminių gradientų, kuriuos sukuria pirminis aktyvus transportas. Tai leidžia ląstelei gauti kitų molekulių, tokių kaip gliukozė, viduje. Antrinis aktyvus transportas yra svarbus bendrai ląstelių funkcijai.

Tačiau antrinis aktyvus transportas taip pat gali pagaminti energiją kaip ATP per vandenilio jonų gradientą mitochondrijose. Pavyzdžiui, vandenilio jonuose kaupiama energija gali būti naudojama, kai jonai praeina pro kanalo baltymo ATP sintazę. Tai leidžia ląstelei konvertuoti ADP į ATP.

Nešiotojai baltymai ar siurbliai yra labai svarbi aktyvaus transporto dalis. Jie padeda transportuoti medžiagas kameroje.

Yra trys pagrindiniai baltymų nešiklių tipai: uniporters, simpatoriai ir antiportininkai.

„Uniporters“ nešioja tik vieno tipo jonus ar molekules, tačiau simporteriai gali gabenti du jonus ar molekules ta pačia kryptimi. Antiporteriai gali nešti du jonus ar molekules skirtingomis kryptimis.

Svarbu pažymėti, kad nešikliai baltymai atsiranda aktyviai ir pasyviai transportuojant. Kai kuriems dirbti nereikia energijos. Tačiau aktyviajame transporte naudojamiems baltymų nešikliams funkcionuoti reikia energijos. ATP leidžia jiems keisti formą. Antiporterio baltymo nešiklio pavyzdys yra Na + -K + ATPazė, kuri ląstelėje gali judinti kalio ir natrio jonus.

Endocitozė ir egzocitozė taip pat yra aktyvaus transporto ląstelėje pavyzdžiai. Jie leidžia pervežti masę į ląsteles ir iš jų per pūsleles, todėl ląstelės gali perduoti dideles molekules. Kartais ląstelėms reikalingas didelis baltymas ar kita medžiaga, kuri netelpa per plazmos membrana ar transporto kanalais.

Dėl šių makromolekulės, geriausi variantai yra endocitozė ir egzocitozė. Kadangi jie naudojasi aktyviuoju transportu, jiems abiem reikia energijos, kad galėtų dirbti. Šie procesai yra svarbūs žmonėms, nes jie turi nervų ir imuninės sistemos funkcijų vaidmenį.

Endocitozės metu ląstelė sunaudoja didelę molekulę už savo plazmos membranos. Ląstelė savo membraną apgaubia ir suvalgo molekulę, ją sulenkdama. Tai sukuria pūslelę, kuri yra membranos apsuptas maišelis, kuriame yra molekulė. Tuomet pūslelė atsiskleidžia nuo plazmos membranos ir perkelia molekulę į ląstelės vidų.

Be didelių molekulių vartojimo, ląstelė gali valgyti ir kitas ląsteles ar jų dalis. Du pagrindiniai endocitozės tipai yra fagocitozė ir pinocitozė. Fagocitozė yra tai, kaip ląstelė suvalgo didelę molekulę. Pinocitozė yra tai, kaip ląstelė geria skysčius, tokius kaip tarpląstelinis skystis.

Kai kurios ląstelės nuolat naudoja pinocitozę, kad iš savo aplinkos pasiimtų mažų maistinių medžiagų. Ląstelės gali laikyti maistines medžiagas mažose pūslelėse, kai tik jos yra viduje.

Fagocitai yra ląstelės, kurios naudoja fagocitozę daiktams vartoti. Kai kurie žmogaus kūno fagocitų pavyzdžiai yra baltieji kraujo kūneliai, toks kaip neutrofilai ir monocitai. Neutrofilai kovoja su įsibrovusiomis bakterijomis per fagocitozę ir padeda išvengti bakterijų įskaudinimo apsupdami bakterijas, jas vartodami ir taip sunaikindami.

Monocitai yra didesni nei neutrofilai. Tačiau jie taip pat naudoja fagocitozę vartodami bakterijas ar negyvas ląsteles.

Jūsų plaučiuose taip pat yra vadinamų fagocitų makrofagai. Įkvėpus dulkių, dalis jų pasiekia plaučius ir patenka į vadinamus oro maišelius alveolių. Tada makrofagai gali užpulti dulkes ir jas apsupti. Jie iš esmės praryja dulkes, kad jūsų plaučiai būtų sveiki. Nors žmogaus organizme yra stipri gynybos sistema, jis kartais neveikia gerai.

Pavyzdžiui, makrofagai, kurie ryja silicio dioksido daleles, gali mirti ir išskirti nuodingas medžiagas. Tai gali sukelti rando audinio susidarymą.

Amebos yra vienaląsčiai ir valgydami remiasi fagocitoze. Jie ieško maistinių medžiagų ir jas supa; tada jie sugeria maistą ir suformuoja maisto vakuolą. Toliau - maistas vakuolė jungiasi prie amebos lizosomos, kad suskaidytų maistines medžiagas. The lizosoma turi fermentų, kurie padeda procesui.

Receptoriaus sukelta endocitozė leidžia ląstelėms suvartoti tam tikrų rūšių molekules, kurių jiems reikia. Receptoriniai baltymai padėti šiam procesui prisijungiant prie šių molekulių, kad ląstelė galėtų susidaryti pūslelę. Tai leidžia konkrečioms molekulėms patekti į ląstelę.

Paprastai receptoriaus medijuojama endocitozė veikia ląstelės naudai ir leidžia jai užfiksuoti svarbias reikalingas molekules. Tačiau virusai gali panaudoti procesą, kad patektų į ląstelę ir ją užkrėstų. Po to, kai virusas prisijungia prie ląstelės, jis turi rasti būdą patekti į ląstelę. Virusai tai pasiekia prisijungdami prie receptorių baltymų ir patekę į pūsleles.

Egzocitozės metu ląstelės viduje esančios pūslelės prisijungia prie plazmos membranos ir išleidžia jų turinį; turinys išsilieja, už langelio ribų. Tai gali atsitikti, kai ląstelė nori judėti arba atsikratyti molekulės. Baltymai yra įprasta molekulė, kurią ląstelės nori pernešti tokiu būdu. Iš esmės egzocitozė yra priešinga endocitozei.

Procesas prasideda pūslele susiliejus su plazmos membrana. Tada pūslelė atsidaro ir išleidžia viduje esančias molekules. Jo turinys patenka į tarpląstelinę erdvę, kad kitos ląstelės galėtų juos panaudoti arba sunaikinti.

Ląstelės naudoja egzocitozę daugeliui procesų, pavyzdžiui, išskiria baltymus ar fermentus. Jie taip pat gali jį naudoti antikūnai arba peptidiniai hormonai. Kai kurios ląstelės netgi naudoja egzocitozę neurotransmiteriams ir plazmos membranos baltymams judinti.

Egzistuoja dviejų tipų egzocitozė: nuo kalcio priklausoma egzocitozė ir nepriklausoma nuo kalcio egzocitozė. Kaip jūs galite atspėti iš pavadinimo, kalcis veikia nuo kalcio priklausomą egzocitozę. Esant nepriklausomai nuo kalcio egzocitozei, kalcis nėra svarbus.

Daugelis organizmų naudoja organelę, vadinamą Golgi kompleksas arba Goldžio kompleksas sukurti pūsleles, kurios bus eksportuojamos iš ląstelių. Golgi kompleksas gali modifikuoti ir apdoroti baltymus ir lipidus. Jis juos supakuoja į sekreto pūsleles, kurios palieka kompleksą.

Į reguliuojamas egzocitozė, ląstelei reikia tarpląsteliniai signalai medžiagas išvežti. Paprastai tai rezervuojama tam tikriems ląstelių tipams, pavyzdžiui, sekrecinėms ląstelėms. Jie gali pagaminti neurotransmiterius ar kitas organizmui reikalingas molekules tam tikru metu tam tikrais kiekiais.

Organizmui šios medžiagos gali būti nereikalingos nuolat, todėl būtina reguliuoti jų sekreciją. Paprastai sekretorinės pūslelės ilgai nelimpa prie plazmos membranos. Jie tiekia molekules ir pašalina save.

To pavyzdys yra neuronas, kuris išskiria neuromediatoriai. Procesas prasideda nuo to, kad jūsų kūno neurono ląstelė sukuria pūslelę, užpildytą neuromediatoriais. Tada šios pūslelės keliauja į ląstelės plazmos membraną ir laukia.

Tada jie gauna signalą, kuriame dalyvauja kalcio jonai, o pūslelės patenka į priešsinapsinę membraną. Antrasis kalcio jonų signalas liepia pūslelėms prisijungti prie membranos ir su ja susilieti. Tai leidžia išlaisvinti neurotransmiterius.

Aktyvus transportas yra svarbus ląstelių procesas. Tiek prokariotai, tiek eukariotai gali jį naudoti molekulėms perkelti į savo ląsteles ir iš jų. Aktyvus transportas turi turėti energijos, pavyzdžiui, ATP, kad veiktų, ir kartais tai yra vienintelis būdas, kuriuo ląstelė gali veikti.

Ląstelės pasikliauja aktyviu transportu, nes difuzija gali nepasiekti to, ko nori. Aktyvus transportas gali judinti molekules prieš jų koncentracijos gradientus, todėl ląstelės gali sugauti tokias maistines medžiagas kaip cukrus ar baltymai. Šių procesų metu baltymų nešėjai vaidina svarbų vaidmenį.