Active Transport: ภาพรวมของระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา

การขนส่งแบบแอคทีฟต้องใช้พลังงานในการทำงาน และนี่คือวิธีที่เซลล์เคลื่อนที่โมเลกุล การขนส่งวัสดุเข้าและออกจากเซลล์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานโดยรวม

การขนส่งแบบแอคทีฟและการขนส่งแบบพาสซีฟ เป็นสองวิธีหลักที่เซลล์เคลื่อนย้ายสาร ต่างจากการขนส่งแบบแอคทีฟ การขนส่งแบบพาสซีฟไม่ต้องการพลังงานใดๆ วิธีที่ง่ายและถูกกว่าคือการขนส่งแบบพาสซีฟ อย่างไรก็ตาม เซลล์ส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาการขนส่งแบบแอคทีฟเพื่อให้มีชีวิตอยู่ได้

เซลล์มักต้องใช้การขนส่งแบบแอคทีฟเพราะไม่มีทางเลือกอื่น บางครั้งการแพร่กระจายไม่ได้ผลกับเซลล์ Active Transport ใช้พลังงานเช่น อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (เอทีพี) เพื่อย้ายโมเลกุลไปเทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้นของพวกมัน โดยปกติ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับตัวพาโปรตีนที่ช่วยถ่ายโอนโดยการย้ายโมเลกุลเข้าสู่ภายในเซลล์

ตัวอย่างเช่น เซลล์อาจต้องการเคลื่อนย้ายโมเลกุลน้ำตาลเข้าไปข้างใน แต่การไล่ระดับความเข้มข้นอาจไม่อนุญาตให้ขนส่งแบบพาสซีฟ หากมีความเข้มข้นของน้ำตาลต่ำกว่าภายในเซลล์และมีความเข้มข้นสูงกว่าภายนอกเซลล์ การขนส่งแบบแอคทีฟสามารถเคลื่อนย้ายโมเลกุลไปต้านการไล่ระดับ

เซลล์ใช้พลังงานส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นสำหรับการขนส่งแบบแอคทีฟ ในความเป็นจริง ในสิ่งมีชีวิตบางชนิด ATP ที่สร้างขึ้นส่วนใหญ่จะไปสู่การขนส่งแบบแอคทีฟและรักษาระดับโมเลกุลภายในเซลล์ไว้

การไล่ระดับเคมีไฟฟ้ามีประจุและความเข้มข้นทางเคมีต่างกัน พวกมันมีอยู่ทั่วเมมเบรนเพราะอะตอมและโมเลกุลบางตัวมีประจุไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่ามี ความต่างศักย์ไฟฟ้า หรือ ศักยภาพของเมมเบรน.

บางครั้ง เซลล์จำเป็นต้องนำสารประกอบมาเพิ่มเติมและเคลื่อนตัวต้านการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า สิ่งนี้ต้องการพลังงานแต่ให้ผลในการทำงานของเซลล์โดยรวมที่ดีขึ้น จำเป็นสำหรับกระบวนการบางอย่าง เช่น การรักษาระดับโซเดียมและโพแทสเซียมในเซลล์ เซลล์มักจะมีโซเดียมน้อยกว่าและมีโพแทสเซียมมากกว่า ดังนั้นโซเดียมจึงมักจะเข้าสู่เซลล์ในขณะที่โพแทสเซียมออกจากเซลล์

การขนส่งแบบแอ็คทีฟช่วยให้เซลล์เคลื่อนที่ไปเทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้นตามปกติ

การขนส่งแบบแอคทีฟเบื้องต้นใช้ ATP เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการเคลื่อนไหว มันเคลื่อนไอออนผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างของประจุ บ่อยครั้งที่โมเลกุลเข้าสู่เซลล์เนื่องจากโมเลกุลอีกชนิดหนึ่งออกจากเซลล์ สิ่งนี้สร้างความแตกต่างของความเข้มข้นและประจุในเยื่อหุ้มเซลล์

ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม เป็นส่วนสำคัญของเซลล์จำนวนมาก ปั๊มจะเคลื่อนโซเดียมออกจากเซลล์ในขณะที่เคลื่อนโพแทสเซียมเข้าไปภายใน การไฮโดรไลซิสของ ATP ทำให้เซลล์มีพลังงานที่ต้องการในระหว่างกระบวนการ ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมเป็นปั๊มชนิด P ที่เคลื่อนโซเดียมไอออนสามตัวออกสู่ภายนอกและนำโพแทสเซียมไอออนสองตัวเข้าไปข้างใน

ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมจับ ATP และโซเดียมไอออนสามตัว จากนั้นฟอสโฟรีเลชั่นจะเกิดขึ้นที่ปั๊มเพื่อให้รูปร่างเปลี่ยนไป ซึ่งช่วยให้โซเดียมออกจากเซลล์และเก็บไอออนโพแทสเซียม ถัดไป ฟอสโฟรีเลชันจะกลับด้าน ซึ่งจะเปลี่ยนรูปร่างของปั๊มอีกครั้ง ดังนั้นโพแทสเซียมจึงเข้าสู่เซลล์ ปั๊มนี้มีความสำคัญต่อการทำงานของเส้นประสาทโดยรวมและเป็นประโยชน์ต่อร่างกาย

มีหลายประเภทของผู้ขนส่งที่ใช้งานหลัก P-type ATPaseเช่น ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม มีอยู่ในยูคาริโอต แบคทีเรีย และอาร์เคีย

คุณสามารถเห็น ATPase ชนิด P ในปั๊มไอออน เช่น ปั๊มโปรตอน ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม และปั๊มแคลเซียม F-type ATPase มีอยู่ใน ไมโตคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์ และแบคทีเรีย V-type ATPase มีอยู่ในยูคาริโอตและ ตัวขนส่ง ABC transport (ABC หมายถึง "ATP-binding cassette") มีอยู่ในทั้งสอง โปรคาริโอตและยูคาริโอต.

การขนส่งที่ใช้งานทุติยภูมิใช้การไล่ระดับเคมีไฟฟ้าเพื่อขนส่งสารด้วยความช่วยเหลือของa ผู้ร่วมขนส่ง. ช่วยให้สารที่บรรทุกเลื่อนการไล่ระดับสีขึ้นได้ด้วยตัวขนส่งร่วม ในขณะที่สารตั้งต้นหลักเคลื่อนลงจากการไล่ระดับ

โดยพื้นฐานแล้ว การขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิใช้พลังงานจากการไล่ระดับเคมีไฟฟ้าที่การขนส่งแบบแอคทีฟหลักสร้างขึ้น สิ่งนี้ทำให้เซลล์ได้รับโมเลกุลอื่นๆ เช่น กลูโคส เข้าไปข้างใน การขนส่งที่ใช้งานทุติยภูมิมีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์โดยรวม

อย่างไรก็ตาม การขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิสามารถสร้างพลังงานเช่น ATP ผ่านการไล่ระดับไฮโดรเจนไอออนในไมโตคอนเดรีย ตัวอย่างเช่น พลังงานที่สะสมในไฮโดรเจนไอออนสามารถใช้ได้เมื่อไอออนผ่านช่องทางโปรตีน ATP synthase ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถแปลง ADP เป็น ATP

โปรตีนตัวพาหรือปั๊มเป็นส่วนสำคัญของการขนส่งเชิงรุก ช่วยขนส่งวัสดุในเซลล์

โปรตีนพาหะมีสามประเภทหลัก: unitersport, ซิมพอร์ตเตอร์ และ antiporters.

Uniporters มีไอออนหรือโมเลกุลเพียงชนิดเดียว แต่ผู้ควบคุมระบบสามารถบรรทุกไอออนหรือโมเลกุลสองตัวไปในทิศทางเดียวกันได้ Antiporters สามารถบรรทุกไอออนหรือโมเลกุลสองตัวในทิศทางที่ต่างกัน

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าโปรตีนพาหะปรากฏในการขนส่งแบบแอคทีฟและแบบพาสซีฟ บางคนไม่ต้องการพลังงานในการทำงาน อย่างไรก็ตาม โปรตีนพาหะที่ใช้ในการขนส่งแบบแอคทีฟนั้นต้องการพลังงานในการทำงาน ATP ช่วยให้พวกเขาเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ ตัวอย่างของโปรตีนพาหะต้านพอร์ตคือ Na+-K+ATPase ซึ่งสามารถเคลื่อนย้ายโพแทสเซียมและโซเดียมไอออนในเซลล์

เอนโดไซโทซิส และ เอ็กโซไซโทซิส ยังเป็นตัวอย่างของการขนส่งที่ใช้งานอยู่ในเซลล์ พวกมันยอมให้ขนย้ายจำนวนมากเข้าและออกจากเซลล์ผ่านทางถุงน้ำ ดังนั้นเซลล์จึงสามารถถ่ายโอนโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ บางครั้งเซลล์ต้องการโปรตีนขนาดใหญ่หรือสารอื่นที่ไม่ผ่านเข้าสู่ร่างกาย เมมเบรนพลาสม่า หรือช่องทางการคมนาคม

สำหรับสิ่งเหล่านี้ โมเลกุลขนาดใหญ่, endocytosis และ exocytosis เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากพวกมันใช้การขนส่งแบบแอคทีฟ พวกเขาทั้งคู่จึงต้องการพลังงานในการทำงาน กระบวนการเหล่านี้มีความสำคัญต่อมนุษย์เนื่องจากมีบทบาทในการทำงานของเส้นประสาทและการทำงานของระบบภูมิคุ้มกัน

ระหว่างการเกิด endocytosis เซลล์จะใช้โมเลกุลขนาดใหญ่นอกพลาสมาเมมเบรน เซลล์ใช้เมมเบรนล้อมรอบและกินโมเลกุลโดยการพับทับ สิ่งนี้จะสร้างถุงน้ำซึ่งเป็นถุงที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนที่มีโมเลกุล จากนั้นถุงน้ำจะหลุดออกจากพลาสมาเมมเบรนและเคลื่อนโมเลกุลเข้าไปภายในเซลล์

นอกจากจะกินโมเลกุลขนาดใหญ่แล้ว เซลล์ยังสามารถกินเซลล์หรือส่วนอื่นๆ ของเซลล์ได้อีกด้วย เอนโดไซโทซิสหลักสองประเภทคือ ฟาโกไซโตซิส และ พิโนไซโตซิส. Phagocytosis คือวิธีที่เซลล์กินโมเลกุลขนาดใหญ่ Pinocytosis เป็นวิธีที่เซลล์ดื่มของเหลวเช่นของเหลวนอกเซลล์

เซลล์บางเซลล์ใช้พิโนไซโทซิสอย่างต่อเนื่องเพื่อรับสารอาหารขนาดเล็กจากสภาพแวดล้อม เซลล์สามารถกักเก็บสารอาหารไว้ในถุงเล็กๆ เมื่ออยู่ภายใน

ฟาโกไซต์ คือเซลล์ที่ใช้ฟาโกไซโตซิสเพื่อบริโภคสิ่งของ ตัวอย่างของฟาโกไซต์ในร่างกายมนุษย์ ได้แก่ เซลล์เม็ดเลือดขาวเช่น นิวโทรฟิล และ โมโนไซต์. นิวโทรฟิลต่อสู้กับแบคทีเรียที่บุกรุกผ่านกระบวนการฟาโกไซโตซิส และช่วยป้องกันแบคทีเรียจากการทำร้ายคุณโดยรอบๆ แบคทีเรีย กินเข้าไปและทำลายมัน

โมโนไซต์มีขนาดใหญ่กว่านิวโทรฟิล อย่างไรก็ตาม พวกเขายังใช้ฟาโกไซโทซิสเพื่อกินแบคทีเรียหรือเซลล์ที่ตายแล้ว

ปอดของคุณยังมีเซลล์ฟาโกไซต์ที่เรียกว่า แมคโครฟาจ. เมื่อคุณหายใจเอาฝุ่นเข้าไป ฝุ่นบางส่วนจะไปถึงปอดและเข้าไปในถุงลมที่เรียกว่า ถุงลม. จากนั้นมาโครฟาจก็สามารถโจมตีฝุ่นและล้อมรอบมันได้ พวกมันกลืนฝุ่นเป็นหลักเพื่อให้ปอดของคุณแข็งแรง แม้ว่าร่างกายมนุษย์จะมีระบบป้องกันที่แข็งแกร่ง แต่บางครั้งก็ทำงานได้ไม่ดี

ตัวอย่างเช่น แมคโครฟาจที่กลืนอนุภาคซิลิกาอาจตายและปล่อยสารพิษออกมา ซึ่งอาจทำให้เนื้อเยื่อแผลเป็นก่อตัวขึ้นได้

อะมีบาเป็นเซลล์เดียวและต้องอาศัยฟาโกไซโตซิสเพื่อรับประทาน พวกเขามองหาสารอาหารและล้อมรอบพวกเขา จากนั้นพวกมันดูดกลืนอาหารและก่อตัวเป็นแวคิวโอลอาหาร ต่อด้วยอาหาร แวคิวโอล รวมไลโซโซมภายในอะมีบาเพื่อสลายสารอาหาร ไลโซโซม มีเอ็นไซม์ที่ช่วยในกระบวนการ

endocytosis ที่รับสื่อกลาง ช่วยให้เซลล์กินโมเลกุลบางชนิดที่ต้องการได้ โปรตีนตัวรับ ช่วยกระบวนการนี้โดยจับกับโมเลกุลเหล่านี้เพื่อให้เซลล์สามารถสร้างถุงน้ำได้ ซึ่งช่วยให้โมเลกุลจำเพาะเข้าสู่เซลล์ได้

โดยปกติ endocytosis ที่อาศัยตัวรับจะทำงานในความโปรดปรานของเซลล์และช่วยให้สามารถจับโมเลกุลที่สำคัญที่ต้องการได้ อย่างไรก็ตาม ไวรัสสามารถใช้ประโยชน์จากกระบวนการนี้เพื่อเข้าสู่เซลล์และแพร่เชื้อได้ หลังจากที่ไวรัสเกาะติดกับเซลล์ จะต้องหาวิธีเข้าไปในเซลล์ ไวรัสทำสิ่งนี้ได้โดยจับกับโปรตีนตัวรับและเข้าไปในถุงน้ำ

ในระหว่างกระบวนการ exocytosis ถุงน้ำภายในเซลล์จะเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มพลาสมาและปล่อยเนื้อหาออกมา สารที่หลั่งออกมานอกเซลล์ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเซลล์ต้องการย้ายหรือกำจัดโมเลกุล โปรตีนเป็นโมเลกุลทั่วไปที่เซลล์ต้องการถ่ายโอนด้วยวิธีนี้ โดยพื้นฐานแล้ว exocytosis เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับ endocytosis

กระบวนการเริ่มต้นด้วยการรวมตัวของถุงน้ำกับเยื่อหุ้มพลาสมา ต่อไป ถุงน้ำจะเปิดออกและปล่อยโมเลกุลภายในออกมา เนื้อหาจะเข้าสู่พื้นที่นอกเซลล์เพื่อให้เซลล์อื่นสามารถใช้หรือทำลายได้

เซลล์ใช้กระบวนการเอ็กโซไซโทซิสในหลายๆ กระบวนการ เช่น การคัดหลั่งโปรตีนหรือเอนไซม์ พวกเขายังอาจใช้สำหรับ แอนติบอดี หรือฮอร์โมนเปปไทด์ เซลล์บางเซลล์ถึงกับใช้เอ็กโซไซโทซิสเพื่อเคลื่อนย้ายสารสื่อประสาทและโปรตีนเมมเบรนในพลาสมา

มีสองประเภทของ exocytosis: เอ็กโซไซโทซิสที่ขึ้นกับแคลเซียม และ เอ็กโซไซโทซิสที่ไม่ขึ้นกับแคลเซียม. อย่างที่คุณเดาได้จากชื่อ แคลเซียมจะส่งผลต่อการเอ็กซ์ไซโทซิสที่ขึ้นกับแคลเซียม ใน exocytosis ที่ไม่ขึ้นกับแคลเซียม แคลเซียมไม่สำคัญ

สิ่งมีชีวิตจำนวนมากใช้ออร์แกเนลล์ที่เรียกว่า กอลจิ คอมเพล็กซ์ หรือ เครื่องมือกอลจิ เพื่อสร้างถุงน้ำที่จะถูกส่งออกออกจากเซลล์ Golgi complex สามารถปรับเปลี่ยนและประมวลผลทั้งโปรตีนและไขมัน มันบรรจุในถุงคัดหลั่งที่ออกจากคอมเพล็กซ์

ใน ควบคุม เอ็กโซไซโทซิสที่เซลล์ต้องการ สัญญาณนอกเซลล์ เพื่อขนย้ายวัสดุออก โดยปกติแล้วจะสงวนไว้สำหรับเซลล์บางประเภท เช่น เซลล์คัดหลั่ง พวกมันอาจสร้างสารสื่อประสาทหรือโมเลกุลอื่น ๆ ที่ร่างกายต้องการในบางช่วงเวลาในปริมาณที่แน่นอน

สิ่งมีชีวิตอาจไม่ต้องการสารเหล่านี้เป็นประจำ ดังนั้นการควบคุมการหลั่งจึงมีความจำเป็น โดยทั่วไป ถุงน้ำมูกจะไม่เกาะติดกับพลาสมาเมมเบรนเป็นเวลานาน พวกมันส่งโมเลกุลและกำจัดตัวเอง

ตัวอย่างนี้คือเซลล์ประสาทที่หลั่ง สารสื่อประสาท. กระบวนการเริ่มต้นด้วยเซลล์ประสาทในร่างกายของคุณสร้างถุงน้ำที่เต็มไปด้วยสารสื่อประสาท จากนั้นถุงน้ำเหล่านี้จะเดินทางไปยังพลาสมาเมมเบรนของเซลล์และรอ

จากนั้นพวกมันจะรับสัญญาณซึ่งเกี่ยวข้องกับแคลเซียมไอออนและถุงน้ำจะไปยังเยื่อหุ้มเซลล์พรีซินแนปติก สัญญาณที่สองของแคลเซียมไอออนบอกให้ถุงน้ำยึดติดกับเมมเบรนและหลอมรวมกับมัน ซึ่งช่วยให้สารสื่อประสาทถูกปล่อยออกมา

การขนส่งแบบแอคทีฟเป็นกระบวนการที่สำคัญสำหรับเซลล์ ทั้งโปรคาริโอตและยูคาริโอตสามารถใช้เพื่อย้ายโมเลกุลเข้าและออกจากเซลล์ของพวกมัน การขนส่งแบบแอคทีฟต้องมีพลังงาน เช่น ATP เพื่อทำงาน และบางครั้งก็เป็นวิธีเดียวที่เซลล์สามารถทำงานได้

เซลล์พึ่งพาการขนส่งแบบแอคทีฟ เนื่องจากการแพร่กระจายอาจไม่ได้สิ่งที่ต้องการ การขนส่งแบบแอคทีฟสามารถเคลื่อนย้ายโมเลกุลต้านการไล่ระดับความเข้มข้น ดังนั้นเซลล์จึงสามารถจับสารอาหาร เช่น น้ำตาลหรือโปรตีนได้ ตัวพาโปรตีนมีบทบาทสำคัญในระหว่างกระบวนการเหล่านี้