Активный транспорт: обзор первичного и вторичного

Активный транспорт требует энергии для работы, и именно так клетка перемещает молекулы. Транспортировка материалов внутрь и из ячеек имеет важное значение для общего функционирования.

Активный транспорт и пассивный транспорт это два основных пути, которыми клетки перемещают вещества. В отличие от активного транспорта, пассивный транспорт не требует энергии. Более простой и дешевый способ - пассивный транспорт; однако большинству клеток, чтобы оставаться в живых, приходится полагаться на активный транспорт.

Клеткам часто приходится использовать активный транспорт, потому что другого выбора нет. Иногда диффузия не работает для клеток. Активный транспорт использует энергию как аденозинтрифосфат (АТФ) перемещать молекулы против их градиентов концентрации. Обычно в этом процессе участвует белок-носитель, который помогает переносу, перемещая молекулы внутрь клетки.

Например, клетка может захотеть переместить молекулы сахара внутрь, но градиент концентрации может не позволить пассивный транспорт. Если концентрация сахара внутри клетки ниже, а вне клетки - выше, то активный транспорт может перемещать молекулы против градиента.

Клетки используют большую часть создаваемой ими энергии для активного транспорта. Фактически, у некоторых организмов большая часть генерируемого АТФ идет на активный транспорт и поддержание определенных уровней молекул внутри клеток.

Электрохимические градиенты имеют разные заряды и химические концентрации. Они существуют через мембрану, потому что некоторые атомы и молекулы имеют электрические заряды. Это означает, что есть разность электрических потенциалов или же мембранный потенциал.

Иногда клетке необходимо ввести больше соединений и двигаться против электрохимического градиента. Это требует энергии, но окупается улучшением общей функции клеток. Это требуется для некоторых процессов, таких как поддержание градиентов натрия и калия в клетках. Клетки обычно содержат меньше натрия и больше калия внутри, поэтому натрий имеет тенденцию проникать в клетку, а калий уходит.

Активный транспорт позволяет клеткам перемещать их против их обычных градиентов концентрации.

Первичный активный транспорт использует АТФ в качестве источника энергии для движения. Он перемещает ионы через плазматическую мембрану, что создает разницу зарядов. Часто молекула попадает в клетку, когда молекула другого типа покидает клетку. Это создает разницу как в концентрации, так и в заряде мембраны клетки.

В натриево-калиевый насос является важной частью многих клеток. Насос перемещает натрий из ячейки, одновременно перемещая калий внутрь. Гидролиз АТФ дает клетке энергию, необходимую для этого процесса. Натрий-калиевый насос представляет собой насос P-типа, который перемещает три иона натрия наружу и подает внутрь два иона калия.

Натрий-калиевый насос связывает АТФ и три иона натрия. Затем в насосе происходит фосфорилирование, так что он меняет свою форму. Это позволяет натрию покидать клетку, а ионам калия собираться. Затем происходит обратное фосфорилирование, что снова меняет форму насоса, поэтому калий попадает в клетку. Этот насос важен для общей функции нервов и приносит пользу организму.

Существуют разные типы первичных активных переносчиков. АТФаза P-типа, такие как натрий-калиевый насос, существует у эукариот, бактерий и архей.

Вы можете увидеть АТФазу P-типа в ионных насосах, таких как протонные, натрий-калиевые и кальциевые. АТФаза F-типа существует в митохондрии, хлоропласты и бактерии. АТФаза V-типа существует у эукариот, и ABC транспортер (ABC означает «АТФ-связывающая кассета») существует в обоих прокариоты и эукариоты.

Вторичный активный транспорт использует электрохимические градиенты для переноса веществ с помощью котранспортер. Это позволяет переносимым веществам двигаться вверх по их градиенту благодаря котранспортеру, в то время как основной субстрат движется вниз по своему градиенту.

По сути, вторичный активный транспорт использует энергию электрохимических градиентов, создаваемых первичным активным переносом. Это позволяет клетке получать внутрь другие молекулы, такие как глюкоза. Вторичный активный транспорт важен для общей функции клеток.

Однако вторичный активный транспорт также может производить энергию, подобную АТФ, через градиент ионов водорода в митохондриях. Например, энергия, которая накапливается в ионах водорода, может использоваться, когда ионы проходят через канал АТФ-синтазы белка. Это позволяет клетке преобразовывать АДФ в АТФ.

Белки-переносчики или насосы являются важной частью активного транспорта. Они помогают транспортировать материалы в камере.

Есть три основных типа белков-носителей: унипортеры, сторонники а также антипортеры.

Унипортеры несут только один тип иона или молекулы, но симпортеры могут нести два иона или молекулы в одном направлении. Антипортеры могут переносить два иона или молекулы в разных направлениях.

Важно отметить, что белки-носители участвуют в активном и пассивном транспорте. Некоторым для работы не нужна энергия. Однако белки-носители, используемые в активном транспорте, действительно нуждаются в энергии для функционирования. АТФ позволяет им изменять форму. Примером антипортерного белка-носителя является Na + -K + АТФаза, которая может перемещать ионы калия и натрия в клетке.

Эндоцитоз а также экзоцитоз также являются примерами активного транспорта в клетке. Они обеспечивают массовое транспортное движение внутрь и из клеток через везикулы, поэтому клетки могут переносить большие молекулы. Иногда клеткам нужен большой белок или другое вещество, которое не проходит через плазматическая мембрана или транспортные каналы.

Для этих макромолекулы, эндоцитоз и экзоцитоз - лучшие варианты. Поскольку они используют активный транспорт, им обоим нужна энергия для работы. Эти процессы важны для человека, потому что они играют роль в функции нервов и иммунной системы.

Во время эндоцитоза клетка потребляет большую молекулу за пределами своей плазматической мембраны. Клетка использует свою мембрану, чтобы окружить и съесть молекулу, складываясь поверх нее. Это создает везикулу, которая представляет собой мешок, окруженный мембраной, которая содержит молекулу. Затем везикула отрывается от плазматической мембраны и перемещает молекулу внутрь клетки.

Помимо потребления больших молекул, клетка может поедать другие клетки или их части. Два основных типа эндоцитоза: фагоцитоз а также пиноцитоз. Фагоцитоз - это то, как клетка поедает большую молекулу. Пиноцитоз - это то, как клетка пьет жидкости, такие как внеклеточная жидкость.

Некоторые клетки постоянно используют пиноцитоз для сбора небольших питательных веществ из окружающей среды. Когда клетки оказываются внутри, они могут удерживать питательные вещества в небольших пузырьках.

Фагоциты это клетки, которые используют фагоцитоз для потребления вещей. Некоторые примеры фагоцитов в организме человека: белые кровяные клетки, такой как нейтрофилы а также моноциты. Нейтрофилы борются с вторжением бактерий посредством фагоцитоза и помогают предотвратить причинение вреда бактериями, окружая бактерии, поглощая их и тем самым уничтожая.

Моноциты больше нейтрофилов. Однако они также используют фагоцитоз для поглощения бактерий или мертвых клеток.

В ваших легких также есть фагоциты, называемые макрофаги. Когда вы вдыхаете пыль, часть ее достигает ваших легких и попадает в воздушные мешочки, называемые альвеолы. Затем макрофаги могут атаковать пыль и окружать ее. По сути, они поглощают пыль, чтобы ваши легкие были здоровыми. Хотя человеческое тело имеет сильную систему защиты, иногда она не работает должным образом.

Например, макрофаги, проглатывающие частицы кремнезема, могут погибнуть и испустить токсичные вещества. Это может привести к образованию рубцовой ткани.

Амебы одноклеточные, и их питание зависит от фагоцитоза. Они ищут питательные вещества и окружают их; затем они поглощают пищу и образуют пищевую вакуоль. Далее еда вакуоль присоединяется к лизосоме внутри амеб, чтобы расщепить питательные вещества. В лизосома есть ферменты, которые помогают этому процессу.

Рецептор-опосредованного эндоцитоза позволяет клеткам потреблять определенные типы молекул, которые им нужны. Рецепторные белки помогают этому процессу, связываясь с этими молекулами, чтобы клетка могла образовывать пузырьки. Это позволяет конкретным молекулам проникать в клетку.

Обычно рецепторно-опосредованный эндоцитоз работает на пользу клетке и позволяет ей захватывать важные молекулы, в которых она нуждается. Однако вирусы могут использовать этот процесс, чтобы проникнуть в клетку и заразить ее. После того, как вирус прикрепляется к клетке, он должен найти способ проникнуть внутрь клетки. Вирусы достигают этого путем связывания с рецепторными белками и проникновения внутрь везикул.

Во время экзоцитоза везикулы внутри клетки присоединяются к плазматической мембране и высвобождают свое содержимое; содержимое выливается за пределы ячейки. Это может произойти, когда клетка хочет переместиться или избавиться от молекулы. Белок - это обычная молекула, которую клетки хотят переносить таким образом. По сути, экзоцитоз противоположен эндоцитозу.

Процесс начинается со слияния пузырьков с плазматической мембраной. Затем везикула открывается и высвобождает молекулы внутри. Его содержимое попадает во внеклеточное пространство, чтобы другие клетки могли использовать его или разрушать.

Клетки используют экзоцитоз для многих процессов, таких как секретирование белков или ферментов. Они также могут использовать его для антитела или пептидные гормоны. Некоторые клетки даже используют экзоцитоз для перемещения нейротрансмиттеров и белков плазматической мембраны.

Существует два типа экзоцитоза: кальций-зависимый экзоцитоз а также кальций-независимый экзоцитоз. Как можно догадаться по названию, кальций влияет на кальций-зависимый экзоцитоз. При кальций-независимом экзоцитозе кальций не важен.

Многие организмы используют органеллы, называемые аппарат Гольджи или же аппарат Гольджи для создания пузырьков, которые будут выводиться из клеток. Комплекс Гольджи может модифицировать и обрабатывать как белки, так и липиды. Он упаковывает их в секреторные пузырьки, которые покидают комплекс.

В регулируемый экзоцитоз, клетка нуждается внеклеточные сигналы убрать материалы. Обычно это зарезервировано для определенных типов клеток, таких как секреторные клетки. Они могут производить нейротрансмиттеры или другие молекулы, которые нужны организму в определенное время в определенных количествах.

Организм может не нуждаться в этих веществах постоянно, поэтому необходимо регулировать их секрецию. Как правило, секреторные пузырьки не прикрепляются к плазматической мембране надолго. Они доставляют молекулы и удаляются сами.

Примером этого является нейрон, который секретирует нейротрансмиттеры. Процесс начинается с того, что нейронная клетка в вашем теле создает везикулу, заполненную нейротрансмиттерами. Затем эти пузырьки перемещаются к плазматической мембране клетки и ждут.

Затем они получают сигнал, в котором участвуют ионы кальция, и везикулы направляются к пресинаптической мембране. Второй сигнал ионов кальция заставляет везикулы прикрепляться к мембране и сливаться с ней. Это позволяет высвобождать нейротрансмиттеры.

Активный транспорт - важный процесс для клеток. И прокариоты, и эукариоты могут использовать его для перемещения молекул в свои клетки и из них. Активный транспорт должен иметь энергию, такую ​​как АТФ, чтобы работать, и иногда это единственный способ функционирования клетки.

Клетки полагаются на активный транспорт, потому что диффузия может не дать им того, чего они хотят. Активный транспорт может перемещать молекулы против их градиентов концентрации, поэтому клетки могут захватывать питательные вещества, такие как сахар или белки. Белковые переносчики играют важную роль в этих процессах.