Aktivni prevoz: pregled primarnega in sekundarnega

Za aktivni transport je potrebna energija in celica premika molekule. Transport materialov v celice in iz njih je bistvenega pomena za splošno delovanje.

Aktivni prevoz in pasivni prevoz sta dva glavna načina, kako celice premikajo snovi. Za razliko od aktivnega prevoza pasivni prevoz ne potrebuje energije. Lažji in cenejši način je pasivni prevoz; vendar se mora večina celic zanašati na aktivni transport, da ostane živa.

Celice morajo pogosto uporabljati aktivni prevoz, ker druge izbire ni. Včasih difuzija pri celicah ne deluje. Aktivni prevoz porablja energijo adenozin trifosfat (ATP) premikati molekule proti njihovim koncentracijskim gradientom. Običajno postopek vključuje beljakovinski nosilec, ki pomaga pri prenosu s premikanjem molekul v notranjost celice.

Na primer, celica bo morda želela premakniti molekule sladkorja v notranjost, vendar gradient koncentracije morda ne bo dovoljeval pasivnega transporta. Če je v celici nižja koncentracija sladkorja, zunaj celice pa višja, lahko aktivni transport premakne molekule proti gradientu.

Celice porabijo velik del energije, ki jo ustvarijo, za aktiven transport. Dejansko gre pri nekaterih organizmih za večino ustvarjenega ATP za aktivni transport in vzdrževanje določenih ravni molekul v celicah.

Elektrokemijski gradienti imajo različne naboje in koncentracije kemikalij. Obstajajo čez membrano, ker imajo nekateri atomi in molekule električne naboje. To pomeni, da obstaja razlika električnega potenciala ali membranski potencial.

Včasih mora celica vnesti več spojin in se premakniti proti elektrokemičnemu gradientu. To zahteva energijo, vendar se splača z boljšim splošnim delovanjem celic. Potreben je za nekatere procese, kot je vzdrževanje gradientov natrija in kalija v celicah. Celice imajo običajno manj natrija in več kalija v sebi, zato natrij vstopi v celico, medtem ko kalij odhaja.

Aktivni transport omogoča celici, da jih premakne glede na običajne koncentracijske gradiente.

Primarno aktivni transport uporablja ATP kot vir energije za gibanje. Jone premika po plazemski membrani, kar ustvarja razliko v naboju. Pogosto molekula vstopi v celico, ko druga vrsta molekule zapusti celico. To ustvarja razlike v koncentraciji in naboju v celični membrani.

The natrijevo-kalijeva črpalka je ključni del mnogih celic. Črpalka premakne natrij iz celice, medtem ko kalij premika noter. Hidroliza ATP daje celici energijo, ki jo rabi med postopkom. Natrijevo-kalijeva črpalka je črpalka P-tipa, ki premakne tri natrijeve ione navzven in v njih vnese dva kalijeva iona.

Natrijevo-kalijeva črpalka veže ATP in tri natrijeve ione. Nato se na črpalki zgodi fosforilacija, tako da spremeni svojo obliko. To omogoča, da natrij zapusti celico in pobere kalijeve ione. Nato se fosforilacija obrne, kar spet spremeni obliko črpalke, zato kalij vstopi v celico. Ta črpalka je pomembna za splošno delovanje živcev in koristi organizmu.

Obstajajo različne vrste primarno aktivnih prevoznikov. ATPaza tipa P, kot je natrijevo-kalijeva črpalka, obstaja v evkariontih, bakterijah in arhejah.

ATPazo tipa P lahko vidite v ionskih črpalkah, kot so protonske črpalke, natrijeve-kalijeve črpalke in kalcijeve črpalke. ATPaza tipa F obstaja v mitohondrije, kloroplasti in bakterij. ATPaza tipa V obstaja pri evkariontih in ABC transporter (ABC pomeni "ATP-vezavna kaseta") obstaja v obeh prokarionti in evkarionti.

Sekundarni aktivni transport uporablja elektrokemične gradiente za prevoz snovi s pomočjo a kotransporter. Zahvaljujoč kotransporterju se nosilnim snovem lahko premika navzgor, medtem ko se glavni substrat premika navzdol po svojem gradientu.

V bistvu sekundarni aktivni transport porablja energijo iz elektrokemijskih gradientov, ki jih ustvarja primarni aktivni transport. To celici omogoča, da dobi druge molekule, kot je glukoza, znotraj. Sekundarni aktivni transport je pomemben za splošno delovanje celic.

Sekundarni aktivni transport pa lahko tvori energijo, kot je ATP, skozi gradient vodikovih ionov v mitohondrijih. Na primer, energijo, ki se kopiči v vodikovih ionih, lahko uporabimo, ko ioni prehajajo skozi kanal ATP sintazo beljakovin. To celici omogoča pretvorbo ADP v ATP.

Nosilne beljakovine ali črpalke so ključni del aktivnega transporta. Pomagajo pri transportu materialov v celici.

Obstajajo tri glavne vrste nosilnih beljakovin: združevalci, simporterji in antiporterji.

Uniporterji nosijo samo eno vrsto ionov ali molekul, simporterji pa lahko v isti smeri prenašajo dva iona ali molekulo. Antiporterji lahko nosijo dva iona ali molekuli v različnih smereh.

Pomembno je omeniti, da se nosilni proteini pojavljajo v aktivnem in pasivnem transportu. Nekateri za delo ne potrebujejo energije. Vendar pa nosilne beljakovine, ki se uporabljajo v aktivnem transportu, potrebujejo energijo za delovanje. ATP jim omogoča spreminjanje oblike. Primer nosilnega proteina proti nosilcu je Na + -K + ATPaza, ki lahko premika kalijeve in natrijeve ione v celici.

Endokitoza in eksocitoza so tudi primeri aktivnega transporta v celici. Omogočajo premikanje v razsutem stanju v celice in iz njih prek veziklov, zato celice lahko prenašajo velike molekule. Včasih celice potrebujejo veliko beljakovin ali drugo snov, ki ne ustreza skozi plazemska membrana ali transportnih kanalov.

Za te makromolekule, endocitoza in eksocitoza sta najboljši možnosti. Ker uporabljata aktivni prevoz, oba potrebujeta energijo za delo. Ti procesi so za človeka pomembni, ker imajo vlogo pri delovanju živcev in delovanju imunskega sistema.

Med endocitozo celica porabi veliko molekulo zunaj svoje plazemske membrane. Celica s svojo membrano obkroži in poje molekulo tako, da jo prepogne. Tako nastane mehurček, ki je vrečka, obdana z membrano in vsebuje molekulo. Nato mehurček izstopi iz plazemske membrane in premakne molekulo v notranjost celice.

Poleg uživanja velikih molekul lahko celica poje tudi druge celice ali njihove dele. Dve glavni vrsti endocitoze sta fagocitoza in pinocitoza. Fagocitoza je, kako celica poje veliko molekulo. Pinocitoza je način, kako celica pije tekočine, kot je zunajcelična tekočina.

Nekatere celice nenehno uporabljajo pinocitozo, da poberejo majhna hranila iz svoje okolice. Celice lahko hranijo hranila v majhnih mehurčkih, ko so notri.

Fagociti so celice, ki uporabljajo fagocitozo za uživanje stvari. Nekaj ​​primerov fagocitov v človeškem telesu je bele krvničke, kot naprimer nevtrofilci in monociti. Nevtrofilci se s fagocitozo borijo proti napadalnim bakterijam in pomagajo preprečiti, da bi vas bakterije poškodovale, tako da bakterije obkrožijo, zaužijejo in tako uničijo.

Monociti so večji od nevtrofilcev. Fagocitozo pa uporabljajo tudi za uživanje bakterij ali odmrlih celic.

V vaših pljučih se imenujejo tudi fagociti makrofagi. Ko vdihnete prah, ga nekaj doseže v pljučih in gre v zračne vrečke alveole. Nato lahko makrofagi napadejo prah in ga obkrožijo. V bistvu pogoltnejo prah, da ohranijo pljuča zdrava. Čeprav ima človeško telo močan obrambni sistem, včasih ne deluje dobro.

Na primer, makrofagi, ki pogoltnejo delce silicijevega dioksida, lahko umrejo in oddajajo strupene snovi. To lahko povzroči nastanek brazgotinastega tkiva.

Amebe so enocelične in se pri prehranjevanju zanašajo na fagocitozo. Iščejo hranila in jih obkrožajo; nato hrano zaužijejo in tvorijo vakuolo za hrano. Nato hrana vakuole pridruži lizosom znotraj ameb, da razgradi hranila. The lizosom vsebuje encime, ki pomagajo procesu.

Endocitoza, ki jo povzročajo receptorji omogoča celicam, da porabijo posebne vrste molekul, ki jih potrebujejo. Receptorski proteini pomagajo temu procesu tako, da se vežejo na te molekule, da celica lahko tvori vezikulo. To omogoča določenim molekulam vstop v celico.

Običajno receptorska posredovana endocitoza deluje v korist celice in ji omogoča, da zajame pomembne molekule, ki jih potrebuje. Vendar pa lahko virusi izkoristijo postopek, da vstopijo v celico in jo okužijo. Ko se virus pritrdi na celico, mora najti način, kako priti v celico. Virusi to dosežejo tako, da se vežejo na receptorske beljakovine in vstopijo v vezikle.

Med eksocitozo se vezikli znotraj celice pridružijo plazemski membrani in sprostijo svojo vsebino; vsebina se razlije zunaj celice. To se lahko zgodi, ko se celica želi premakniti ali se znebiti molekule. Beljakovine so pogosta molekula, ki jo želijo celice prenesti na ta način. V bistvu je eksocitoza nasprotje endocitoze.

Proces se začne z mehurčkom, ki se spaja s plazemsko membrano. Nato se vezikul odpre in sprosti molekule znotraj. Njegova vsebina vstopi v zunajcelični prostor, tako da jih lahko druge celice uporabijo ali uničijo.

Celice uporabljajo eksocitozo za številne procese, na primer za izločanje beljakovin ali encimov. Lahko ga tudi uporabijo za protitelesa ali peptidni hormoni. Nekatere celice celo uporabljajo eksocitozo za premikanje nevrotransmiterjev in beljakovin plazemske membrane.

Obstajata dve vrsti eksocitoze: od kalcija odvisna eksocitoza in od kalcija neodvisna eksocitoza. Kot lahko že ugibate iz imena, kalcij vpliva na kalcij odvisno eksocitozo. Pri eksocitozi, neodvisni od kalcija, kalcij ni pomemben.

Številni organizmi uporabljajo organelo, imenovano Golgijev kompleks ali Golgijev aparat ustvariti vezikule, ki bodo izvoženi iz celic. Golgijev kompleks lahko spreminja in predeluje tako beljakovine kot lipide. Pakira jih v sekretorne vezikle, ki zapustijo kompleks.

V urejeno eksocitoza, ki jo potrebuje celica zunajcelični signali premakniti materiale ven. To je običajno rezervirano za določene vrste celic, kot so sekretorne celice. Izdelajo lahko nevrotransmiterje ali druge molekule, ki jih organizem potrebuje v določenih časih v določenih količinah.

Te snovi organizma morda ne potrebujejo stalno, zato je potrebno uravnavanje njihovega izločanja. Na splošno se izločevalni mehurčki dolgo ne držijo plazemske membrane. Dostavijo molekule in se odstranijo.

Primer tega je nevron, ki izloča nevrotransmiterji. Proces se začne z nevronsko celico v telesu, ki ustvari vezikulo, napolnjeno z nevrotransmiterji. Nato ti mehurčki potujejo do plazemske membrane celice in čakajo.

Nato prejmejo signal, ki vključuje kalcijeve ione, in mehurčki gredo v predsinaptično membrano. Drugi signal kalcijevih ionov sporoči veziklom, da se pritrdijo na membrano in se zlijejo z njo. To omogoča sprostitev nevrotransmiterjev.

Aktivni transport je pomemben proces za celice. Tako prokarionti kot evkarionti ga lahko uporabljajo za premikanje molekul v in iz celic. Aktivni transport mora imeti energijo, tako kot ATP, za delovanje, včasih pa je to edini način, kako lahko celica deluje.

Celice se zanašajo na aktivni transport, ker jim difuzija morda ne prinese tistega, kar si želijo. Aktivni transport lahko premika molekule proti njihovim koncentracijskim gradientom, zato celice lahko zajemajo hranila, kot sta sladkor ali beljakovine. Med temi procesi imajo nosilci beljakovin pomembno vlogo.