Actief transport: een overzicht van primair en secundair

Actief transport vereist energie om te werken, en het is hoe een cel moleculen beweegt. Het transporteren van materialen in en uit de cellen is essentieel voor de algehele functie.

Actief transport en passief transport zijn de twee belangrijkste manieren waarop cellen stoffen verplaatsen. In tegenstelling tot actief transport vereist passief transport geen energie. De gemakkelijkere en goedkopere manier is passief transport; de meeste cellen zijn echter afhankelijk van actief transport om in leven te blijven.

Cellen moeten vaak actief transport gebruiken omdat er geen andere keuze is. Soms werkt diffusie niet voor cellen. Actief transport gebruikt energie zoals energy adenosine trifosfaat (ATP) moleculen tegen hun concentratiegradiënt in bewegen. Gewoonlijk omvat het proces een eiwitdrager die de overdracht helpt door de moleculen naar het binnenste van de cel te verplaatsen.

Een cel wil bijvoorbeeld suikermoleculen naar binnen verplaatsen, maar de concentratiegradiënt staat passief transport mogelijk niet toe. Als er een lagere suikerconcentratie in de cel is en een hogere concentratie buiten de cel, dan kan actief transport de moleculen tegen de gradiënt in bewegen.

Cellen gebruiken een groot deel van de energie die ze creëren voor actief transport. In sommige organismen gaat het grootste deel van het gegenereerde ATP naar actief transport en het in stand houden van bepaalde niveaus van moleculen in de cellen.

Elektrochemische gradiënten hebben verschillende ladingen en chemische concentraties. Ze bestaan ​​over een membraan omdat sommige atomen en moleculen elektrische ladingen hebben. Dit betekent dat er een elektrisch potentiaalverschil of membraanpotentiaal.

Soms moet de cel meer verbindingen binnenbrengen en tegen de elektrochemische gradiënt in bewegen. Dit vereist energie, maar loont in een betere algemene celfunctie. Het is nodig voor sommige processen, zoals het behoud van natrium- en kaliumgradiënten in de cellen. Cellen hebben meestal minder natrium en meer kalium binnenin, dus natrium heeft de neiging de cel binnen te gaan terwijl kalium eruit gaat.

Actief transport laat de cel ze verplaatsen tegen hun gebruikelijke concentratiegradiënten.

Primair actief transport gebruikt ATP als energiebron voor beweging. Het verplaatst ionen over het plasmamembraan, waardoor een ladingsverschil ontstaat. Vaak komt een molecuul de cel binnen zoals een ander type molecuul de cel verlaat. Hierdoor ontstaan ​​zowel concentratie- als ladingsverschillen over het celmembraan.

De natrium-kalium pomp is een cruciaal onderdeel van veel cellen. De pomp verplaatst natrium uit de cel terwijl kalium naar binnen wordt verplaatst. De hydrolyse van ATP geeft de cel de energie die ze nodig heeft tijdens het proces. De natrium-kaliumpomp is een P-type pomp die drie natriumionen naar buiten verplaatst en twee kaliumionen naar binnen brengt.

De natrium-kaliumpomp bindt ATP en de drie natriumionen. Vervolgens vindt fosforylering plaats aan de pomp, zodat deze van vorm verandert. Hierdoor kan het natrium de cel verlaten en worden de kaliumionen opgenomen. Vervolgens keert de fosforylering om, wat weer de vorm van de pomp verandert, zodat kalium de cel binnenkomt. Deze pomp is belangrijk voor de algemene zenuwfunctie en komt het organisme ten goede.

Er zijn verschillende soorten primaire actieve transporters. P-type ATPase, zoals de natrium-kaliumpomp, komt voor in eukaryoten, bacteriën en archaea.

Je kunt P-type ATPase zien in ionenpompen zoals protonpompen, natrium-kaliumpompen en calciumpompen. F-type ATPase bestaat in mitochondriën, chloroplasten en bacteriën. V-type ATPase bestaat in eukaryoten, en de ABC-transporter (ABC betekent "ATP-bindingscassette") bestaat in beide prokaryoten en eukaryoten.

Secundair actief transport maakt gebruik van elektrochemische gradiënten om stoffen te transporteren met behulp van a cotransporter. Het zorgt ervoor dat de gedragen stoffen hun hellingen omhoog kunnen bewegen dankzij de cotransporter, terwijl het hoofdsubstraat langs de helling naar beneden beweegt.

In wezen gebruikt secundair actief transport de energie van de elektrochemische gradiënten die primair actief transport creëert. Hierdoor kan de cel andere moleculen, zoals glucose, naar binnen krijgen. Secundair actief transport is belangrijk voor de algemene celfunctie.

Secundair actief transport kan echter ook energie zoals ATP maken door de waterstofionengradiënt in de mitochondriën. De energie die zich ophoopt in de waterstofionen kan bijvoorbeeld worden gebruikt wanneer de ionen door het kanaaleiwit ATP-synthase gaan. Hierdoor kan de cel ADP omzetten in ATP.

Dragereiwitten of pompen zijn een cruciaal onderdeel van actief transport. Ze helpen bij het transporteren van materialen in de cel.

Er zijn drie hoofdtypen dragereiwitten: uniporters, symporters en antiporters.

Uniporters dragen slechts één type ion of molecuul, maar symporters kunnen twee ionen of moleculen in dezelfde richting dragen. Antiporters kunnen twee ionen of moleculen in verschillende richtingen vervoeren.

Het is belangrijk op te merken dat dragereiwitten verschijnen in actief en passief transport. Sommige hebben geen energie nodig om te werken. De dragereiwitten die bij actief transport worden gebruikt, hebben echter wel energie nodig om te functioneren. ATP stelt hen in staat om vormveranderingen aan te brengen. Een voorbeeld van een antiporter-dragereiwit is Na+-K+ATPase, dat kalium- en natriumionen in de cel kan verplaatsen.

endocytose en exocytose zijn ook voorbeelden van actief transport in de cel. Ze zorgen voor bulktransport in en uit cellen via blaasjes, zodat cellen grote moleculen kunnen overbrengen. Soms hebben cellen een groot eiwit nodig of een andere stof die niet door de plasma membraan of transportkanalen.

Voor deze macromoleculen, endocytose en exocytose zijn de beste opties. Omdat ze actief transport gebruiken, hebben ze allebei energie nodig om te werken. Deze processen zijn belangrijk voor mensen omdat ze een rol spelen in de zenuwfunctie en de functie van het immuunsysteem.

Tijdens endocytose verbruikt de cel een groot molecuul buiten zijn plasmamembraan. De cel gebruikt zijn membraan om het molecuul te omringen en op te eten door eroverheen te vouwen. Dit creëert een blaasje, een zak omgeven door een membraan, dat het molecuul bevat. Vervolgens komt het blaasje van het plasmamembraan en verplaatst het molecuul naar het binnenste van de cel.

Naast het consumeren van grote moleculen, kan de cel andere cellen of delen ervan eten. De twee belangrijkste soorten endocytose zijn: fagocytose en pinocytose. Fagocytose is hoe een cel een groot molecuul eet. Pinocytose is hoe een cel vloeistoffen zoals extracellulaire vloeistof drinkt.

Sommige cellen gebruiken constant pinocytose om kleine voedingsstoffen uit hun omgeving op te nemen. Cellen kunnen de voedingsstoffen in kleine blaasjes vasthouden als ze eenmaal binnen zijn.

fagocyten zijn cellen die fagocytose gebruiken om dingen te consumeren. Enkele voorbeelden van fagocyten in het menselijk lichaam zijn: witte bloedcellen, zoals neutrofielen en monocyten. Neutrofielen bestrijden binnendringende bacteriën door middel van fagocytose en helpen voorkomen dat de bacteriën u pijn doen door de bacteriën te omringen, te consumeren en zo te vernietigen.

Monocyten zijn groter dan neutrofielen. Ze gebruiken echter ook fagocytose om bacteriën of dode cellen te consumeren.

Je longen hebben ook fagocyten genaamd macrofagen. Wanneer u stof inademt, bereikt een deel ervan uw longen en gaat het in de luchtzakjes, de zogenaamde longblaasjes. Vervolgens kunnen de macrofagen het stof aanvallen en het omringen. Ze slikken in wezen het stof in om je longen gezond te houden. Hoewel het menselijk lichaam een ​​sterk afweersysteem heeft, werkt het soms niet goed.

Macrofagen die silicadeeltjes inslikken, kunnen bijvoorbeeld afsterven en giftige stoffen uitstoten. Hierdoor kan littekenweefsel ontstaan.

Amoeben zijn eencellig en zijn afhankelijk van fagocytose om te eten. Ze zoeken naar voedingsstoffen en omringen ze; dan verzwelgen ze het voedsel en vormen een voedselvacuole. Vervolgens het eten vacuole sluit zich aan bij een lysosoom in de amoeben om de voedingsstoffen af ​​te breken. De lysosoom heeft enzymen die het proces helpen.

Receptor-gemedieerde endocytose stelt de cellen in staat om specifieke soorten moleculen te consumeren die ze nodig hebben. Receptor eiwitten helpen dit proces door zich aan deze moleculen te binden, zodat de cel een blaasje kan maken. Hierdoor kunnen de specifieke moleculen de cel binnendringen.

Gewoonlijk werkt receptor-gemedieerde endocytose in het voordeel van de cel en stelt deze in staat om belangrijke moleculen te vangen die het nodig heeft. Virussen kunnen het proces echter misbruiken om de cel binnen te dringen en te infecteren. Nadat een virus zich aan een cel heeft gehecht, moet het een manier vinden om de cel binnen te komen. Virussen bereiken dit door zich te binden aan receptoreiwitten en in de blaasjes te komen.

Tijdens exocytose voegen blaasjes in de cel zich bij het plasmamembraan en geven hun inhoud vrij; de inhoud loopt naar buiten, buiten de cel. Dit kan gebeuren wanneer een cel een molecuul wil verplaatsen of verwijderen. Eiwit is een veelvoorkomend molecuul dat cellen op deze manier willen overbrengen. In wezen is exocytose het tegenovergestelde van endocytose.

Het proces begint met een blaasje dat samensmelt met het plasmamembraan. Vervolgens opent het blaasje en laat de moleculen binnenin vrij. De inhoud komt de extracellulaire ruimte binnen zodat andere cellen ze kunnen gebruiken of vernietigen.

Cellen gebruiken exocytose voor veel processen, zoals het afscheiden van eiwitten of enzymen. Ze kunnen het ook gebruiken voor: antistoffen of peptidehormonen. Sommige cellen gebruiken zelfs exocytose om neurotransmitters en plasmamembraaneiwitten te verplaatsen.

Er zijn twee soorten exocytose: calciumafhankelijke exocytose en calcium-onafhankelijke exocytose. Zoals je uit de naam kunt raden, beïnvloedt calcium calciumafhankelijke exocytose. Bij calciumonafhankelijke exocytose is calcium niet belangrijk.

Veel organismen gebruiken een organel genaamd de Golgi complex of Golgi-apparaat om de blaasjes te maken die uit de cellen worden geëxporteerd. Het Golgi-complex kan zowel eiwitten als lipiden wijzigen en verwerken. Het verpakt ze in secretoire blaasjes die het complex verlaten.

In gereguleerd exocytose, de cel nodig heeft extracellulaire signalen materialen te verplaatsen. Dit is meestal gereserveerd voor specifieke celtypen zoals secretoire cellen. Ze kunnen neurotransmitters of andere moleculen maken die het organisme op bepaalde momenten in bepaalde hoeveelheden nodig heeft.

Het organisme heeft deze stoffen misschien niet constant nodig, dus het reguleren van hun afscheiding is noodzakelijk. Over het algemeen blijven de secretoire blaasjes niet lang aan het plasmamembraan plakken. Ze leveren de moleculen af ​​en verwijderen zichzelf.

Een voorbeeld hiervan is een neuron dat afscheidt neurotransmitters. Het proces begint met een neuroncel in je lichaam die een blaasje creëert dat gevuld is met neurotransmitters. Vervolgens reizen deze blaasjes naar het plasmamembraan van de cel en wachten.

Vervolgens ontvangen ze een signaal, waarbij calciumionen betrokken zijn, en de blaasjes gaan naar het presynaptische membraan. Een tweede signaal van calciumionen vertelt de blaasjes om zich aan het membraan te hechten en ermee te fuseren. Hierdoor kunnen de neurotransmitters vrijkomen.

Actief transport is een belangrijk proces voor cellen. Zowel prokaryoten als eukaryoten kunnen het gebruiken om moleculen in en uit hun cellen te verplaatsen. Actief transport moet energie hebben, zoals ATP, om te werken, en soms is het de enige manier waarop een cel kan functioneren.

Cellen zijn afhankelijk van actief transport omdat diffusie ze misschien niet krijgt wat ze willen. Actief transport kan moleculen tegen hun concentratiegradiënt in bewegen, zodat cellen voedingsstoffen zoals suiker of eiwitten kunnen opnemen. Eiwitdragers spelen een belangrijke rol tijdens deze processen.