Transportul activ: o prezentare generală a elementelor primare și secundare

Transportul activ necesită energie pentru a funcționa și modul în care o celulă mișcă moleculele. Transportul materialelor în și din celule este esențial pentru funcționarea generală.

Transport activ și transport pasiv sunt cele două modalități principale prin care celulele mișcă substanțele. Spre deosebire de transportul activ, transportul pasiv nu necesită energie. Modul mai ușor și mai ieftin este transportul pasiv; cu toate acestea, majoritatea celulelor trebuie să se bazeze pe transportul activ pentru a rămâne în viață.

Celulele trebuie adesea să utilizeze transportul activ, deoarece nu există altă opțiune. Uneori, difuzia nu funcționează pentru celule. Transportul activ folosește energie precum adenozin trifosfat (ATP) pentru a muta moleculele împotriva gradienților lor de concentrație. De obicei, procesul implică un purtător de proteine ​​care ajută transferul prin mutarea moleculelor în interiorul celulei.

De exemplu, o celulă ar putea dori să mute moleculele de zahăr în interior, dar gradientul de concentrație ar putea să nu permită transportul pasiv. Dacă există o concentrație mai mică de zahăr în interiorul celulei și o concentrație mai mare în afara celulei, atunci transportul activ poate deplasa moleculele împotriva gradientului.

Celulele folosesc o mare parte din energia pe care o creează pentru transportul activ. De fapt, în unele organisme, majoritatea ATP-ului generat merge spre transportul activ și menținerea anumitor niveluri de molecule în interiorul celulelor.

Gradienții electrochimici au sarcini și concentrații chimice diferite. Ele există pe o membrană, deoarece unii atomi și molecule au sarcini electrice. Aceasta înseamnă că există un diferența de potențial electric sau potențial de membrană.

Uneori, celula trebuie să aducă mai mulți compuși și să se deplaseze împotriva gradientului electrochimic. Acest lucru necesită energie, dar dă roade într-o funcție globală mai bună a celulei. Este necesar pentru unele procese, cum ar fi menținerea gradienților de sodiu și potasiu în celule. Celulele au de obicei mai puțin sodiu și mai mult potasiu în interior, astfel încât sodiul tinde să pătrundă în celulă în timp ce potasiul pleacă.

Transportul activ permite celulei să le mute în raport cu gradienții lor obișnuiți de concentrație.

Transportul activ primar folosește ATP ca sursă de energie pentru mișcare. Mută ​​ionii peste membrana plasmatică, ceea ce creează o diferență de încărcare. Adesea, o moleculă intră în celulă pe măsură ce un alt tip de moleculă părăsește celula. Acest lucru creează atât concentrații, cât și diferențe de încărcare între membrana celulei.

pompa de sodiu-potasiu este o parte crucială a multor celule. Pompa scoate sodiul din celulă în timp ce deplasează potasiu în interior. Hidroliza ATP oferă celulei energia de care are nevoie în timpul procesului. Pompa de sodiu-potasiu este o pompă de tip P care deplasează trei ioni de sodiu în exterior și aduce doi ioni de potasiu în interior.

Pompa sodiu-potasiu leagă ATP și cei trei ioni de sodiu. Apoi, fosforilarea are loc la pompă, astfel încât aceasta să-și schimbe forma. Acest lucru permite sodiului să părăsească celula, iar ionii de potasiu să fie preluați. Apoi, fosforilarea se inversează, ceea ce schimbă din nou forma pompei, astfel încât potasiul intră în celulă. Această pompă este importantă pentru funcția nervoasă generală și aduce beneficii organismului.

Există diferite tipuri de transportoare active primare. ATPaza de tip P, cum ar fi pompa de sodiu-potasiu, există în eucariote, bacterii și arhee.

Puteți vedea ATPaza de tip P în pompele de ioni, cum ar fi pompele de protoni, pompele de sodiu-potasiu și pompele de calciu. ATPaza de tip F. există în mitocondrii, cloroplaste și bacterii. ATPaza de tip V există în eucariote, iar Transportor ABC (ABC înseamnă „casetă de legare ATP”) există în ambele procariote și eucariote.

Transportul activ secundar utilizează gradienți electrochimici pentru transportul substanțelor cu ajutorul unui cotransportator. Permite substanțelor transportate să își deplaseze gradienții în sus datorită cotransportatorului, în timp ce substratul principal își deplasează gradientul.

În esență, transportul activ secundar folosește energia din gradienții electrochimici pe care îi creează transportul activ primar. Acest lucru permite celulei să obțină în interior alte molecule, cum ar fi glucoza. Transportul secundar activ este important pentru funcția celulară generală.

Cu toate acestea, transportul activ secundar poate produce, de asemenea, energie precum ATP prin gradientul ionilor de hidrogen din mitocondrii. De exemplu, energia care se acumulează în ionii de hidrogen poate fi utilizată atunci când ionii trec prin proteina canal ATP sintază. Acest lucru permite celulei să convertească ADP în ATP.

Proteinele sau pompele purtătoare sunt o parte crucială a transportului activ. Ele ajută la transportul materialelor în celulă.

Există trei tipuri majore de proteine ​​purtătoare: uniporters, simporteri și antiporters.

Uniportatorii poartă un singur tip de ion sau moleculă, dar simporterii pot transporta doi ioni sau molecule în aceeași direcție. Antiporterii pot transporta doi ioni sau molecule în direcții diferite.

Este important de reținut că proteinele purtătoare apar în transportul activ și pasiv. Unii nu au nevoie de energie pentru a lucra. Cu toate acestea, proteinele purtătoare utilizate în transportul activ au nevoie de energie pentru a funcționa. ATP le permite să facă schimbări de formă. Un exemplu de proteină purtătoare antiporter este Na + -K + ATPaza, care poate muta ionii de potasiu și sodiu în celulă.

Endocitoza și exocitoza sunt, de asemenea, exemple de transport activ în celulă. Acestea permit deplasarea în vrac în și din celule prin vezicule, astfel încât celulele pot transfera molecule mari. Uneori celulele au nevoie de o proteină mare sau de o altă substanță care nu se potrivește prin membrană plasmatică sau canale de transport.

Pentru acestea macromolecule, endocitoza și exocitoza sunt cele mai bune opțiuni. Deoarece folosesc transportul activ, amândoi au nevoie de energie pentru a lucra. Aceste procese sunt importante pentru oameni deoarece au roluri în funcția nervului și funcția sistemului imunitar.

În timpul endocitozei, celula consumă o moleculă mare în afara membranei sale plasmatice. Celula își folosește membrana pentru a înconjura și mânca molecula prin pliere peste ea. Aceasta creează o vezicula, care este un sac înconjurat de o membrană, care conține molecula. Apoi, vezicula se desprinde din membrana plasmatică și mută molecula în interiorul celulei.

Pe lângă consumul de molecule mari, celula poate mânca și alte celule sau părți din ele. Cele două tipuri principale de endocitoză sunt fagocitoză și pinocitoza. Fagocitoza este modul în care o celulă mănâncă o moleculă mare. Pinocitoza este modul în care o celulă bea lichide, cum ar fi lichidul extracelular.

Unele celule folosesc în mod constant pinocitoza pentru a prelua nutrienți mici din mediul înconjurător. Celulele pot conține substanțele nutritive în veziculele mici odată ce sunt în interior.

Fagocite sunt celule care folosesc fagocitoza pentru a consuma lucruri. Câteva exemple de fagocite din corpul uman sunt celule albe, ca neutrofile și monocite. Neutrofilele combate bacteriile invadatoare prin fagocitoză și ajută la prevenirea bacteriilor de a vă răni înconjurând bacteriile, consumându-le și distrugându-le astfel.

Monocitele sunt mai mari decât neutrofilele. Cu toate acestea, ei folosesc și fagocitoza pentru a consuma bacterii sau celule moarte.

Plămânii tăi au și fagocite numite macrofage. Când inhalați praf, o parte din acesta ajunge în plămâni și intră în sacii de aer numiți alveole. Apoi, macrofagele pot ataca praful și îl pot înconjura. În esență, înghit praful pentru a vă menține plămânii sănătoși. Deși corpul uman are un sistem puternic de apărare, uneori nu funcționează bine.

De exemplu, macrofagele care înghit particule de silice pot muri și pot emite substanțe toxice. Acest lucru poate determina formarea țesutului cicatricial.

Amibele sunt unicelulare și se bazează pe fagocitoză pentru a mânca. Ei caută nutrienți și îi înconjoară; apoi înghițesc alimentele și formează un vacuol alimentar. Apoi, mâncarea vacuol se alătură unui lizozom în interiorul amibelor pentru a descompune substanțele nutritive. lizozom are enzime care ajută procesul.

Endocitoza mediată de receptor permite celulelor să consume tipuri specifice de molecule de care au nevoie. Proteine ​​receptoare ajuta acest proces prin legarea la aceste molecule, astfel incat celula poate face o vezicula. Acest lucru permite moleculelor specifice să intre în celulă.

De obicei, endocitoza mediată de receptor funcționează în favoarea celulei și îi permite să capteze molecule importante de care are nevoie. Cu toate acestea, virușii pot exploata procesul pentru a intra în celulă și a o infecta. După ce un virus se atașează la o celulă, trebuie să găsească o modalitate de a intra în celulă. Virușii realizează acest lucru legându-se de proteinele receptorilor și pătrunzând în vezicule.

În timpul exocitozei, veziculele din interiorul celulei se alătură membranei plasmatice și eliberează conținutul acestora; conținutul se varsă în afara celulei. Acest lucru se poate întâmpla atunci când o celulă dorește să se miște sau să scape de o moleculă. Proteina este o moleculă obișnuită pe care celulele doresc să o transfere în acest fel. În esență, exocitoza este opusul endocitozei.

Procesul începe cu o veziculă care fuzionează cu membrana plasmatică. Apoi, vezicula se deschide și eliberează moleculele din interior. Conținutul său pătrunde în spațiul extracelular, astfel încât alte celule să le poată folosi sau distruge.

Celulele folosesc exocitoza pentru multe procese, cum ar fi secretia de proteine ​​sau enzime. De asemenea, îl pot folosi pentru anticorpi sau hormoni peptidici. Unele celule folosesc chiar exocitoza pentru a mișca neurotransmițători și proteine ​​din membrana plasmatică.

Există două tipuri de exocitoză: exocitoza dependentă de calciu și exocitoza independentă de calciu. După cum puteți ghici din nume, calciul afectează exocitoza dependentă de calciu. În exocitoza independentă de calciu, calciul nu este important.

Multe organisme folosesc o organetă numită Complexul Golgi sau aparate Golgi pentru a crea veziculele care vor fi exportate din celule. Complexul Golgi poate modifica și prelucra atât proteinele, cât și lipidele. Îi împachetează în vezicule secretoare care părăsesc complexul.

În reglementat exocitoza, celula are nevoie semnale extracelulare pentru a muta materialele afară. Acest lucru este de obicei rezervat pentru anumite tipuri de celule, cum ar fi celulele secretoare. Pot produce neurotransmițători sau alte molecule de care organismul are nevoie în anumite momente, în anumite cantități.

Este posibil ca organismul să nu aibă nevoie de aceste substanțe în mod constant, deci este necesară reglarea secreției lor. În general, veziculele secretoare nu se lipesc mult timp de membrana plasmatică. Ele livrează moleculele și se îndepărtează singure.

Un exemplu în acest sens este un neuron care secretă neurotransmițători. Procesul începe cu o celulă neuronală din corpul dvs. creând o veziculă plină cu neurotransmițători. Apoi, aceste vezicule se deplasează către membrana plasmatică a celulei și așteaptă.

Apoi, ei primesc un semnal, care implică ioni de calciu, iar veziculele merg către membrana pre-sinaptică. Un al doilea semnal de ioni de calciu spune veziculelor să se atașeze la membrană și să se topească cu aceasta. Acest lucru permite eliberarea neurotransmițătorilor.

Transportul activ este un proces important pentru celule. Atât procariotele, cât și eucariotele îl pot folosi pentru a muta moleculele în și din celulele lor. Transportul activ trebuie să aibă energie, cum ar fi ATP, pentru a funcționa și, uneori, este singurul mod în care o celulă poate funcționa.

Celulele se bazează pe transportul activ, deoarece difuzia nu le poate obține ceea ce doresc. Transportul activ poate deplasa moleculele împotriva gradienților lor de concentrație, astfel încât celulele pot capta substanțe nutritive precum zahărul sau proteinele. Purtătorii de proteine ​​joacă un rol important în timpul acestor procese.