Активний транспорт: огляд первинного та вторинного

Активний транспорт вимагає енергії для роботи, і це те, як клітина рухає молекули. Транспортування матеріалів у клітини та з них є важливим для загальної функції.

Активний транспорт та пасивний транспорт це два основних способи переміщення клітин речовин. На відміну від активного транспорту, пасивний транспорт не вимагає енергії. Більш простим і дешевим способом є пасивний транспорт; однак більшості клітин доводиться покладатися на активний транспорт, щоб залишитися в живих.

Клітинам часто доводиться користуватися активним транспортом, оскільки іншого вибору немає. Іноді дифузія не працює для клітин. Активний транспорт використовує енергію, як аденозинтрифосфат (ATP) для переміщення молекул проти їх градієнтів концентрації. Зазвичай в процесі задіяний білковий носій, який допомагає переносити, переміщуючи молекули у внутрішню клітину.

Наприклад, клітина може захотіти переміщати молекули цукру всередину, але градієнт концентрації може не дозволяти пасивного транспорту. Якщо всередині клітини є менша концентрація цукру, а поза клітиною - більш висока, тоді активний транспорт може рухати молекули проти градієнта.

Клітини використовують велику частину енергії, яку вони створюють, для активного транспорту. Насправді в деяких організмах більшість утвореного АТФ спрямовується на активний транспорт і підтримку певних рівнів молекул усередині клітин.

Електрохімічні градієнти мають різні заряди та хімічні концентрації. Вони існують через мембрану, оскільки деякі атоми та молекули мають електричні заряди. Це означає, що існує різниця електричних потенціалів або мембранний потенціал.

Іноді клітині потрібно вводити більше сполук і рухатися проти електрохімічного градієнта. Це вимагає енергії, але окупається кращою загальною функцією клітини. Це потрібно для деяких процесів, таких як підтримка градієнтів натрію та калію в клітинах. У клітинах зазвичай менше натрію і більше калію всередині, тому натрій має тенденцію потрапляти в клітину, поки калій виходить.

Активний транспорт дозволяє клітині рухати їх проти їх звичайних градієнтів концентрації.

Первинний активний транспорт використовує АТФ як джерело енергії для руху. Він переміщує іони через плазматичну мембрану, що створює різницю зарядів. Часто молекула потрапляє в клітину, коли інший тип молекули залишає клітину. Це створює як різницю концентрації, так і заряду в мембрані клітини.

натрієво-калієвий насос є найважливішою частиною багатьох клітин. Насос переміщує натрій з клітини, переміщуючи калій всередину. Гідроліз АТФ дає клітині енергію, необхідну їй під час процесу. Натрієво-калієвий насос - це насос типу Р, який переміщує три іони натрію назовні і вносить два іони калію всередину.

Натрієво-калієвий насос пов'язує АТФ і три іони натрію. Потім на насосі відбувається фосфорилювання так, що він змінює свою форму. Це дозволяє натрію залишати клітину, а іонам калію підбиратись. Далі відбувається зворотне фосфорилювання, що знову змінює форму насоса, тому калій надходить у клітину. Цей насос важливий для загальної роботи нервів і приносить користь організму.

Існують різні типи первинних активних транспортерів. АТФ-аза P-типу, такий як натрієво-калієвий насос, існує в еукаріотів, бактеріях та археях.

Ви можете побачити АТФазу типу Р в іонних насосах, таких як протонні насоси, натрієво-калієві насоси та кальцієві насоси. АТФаза типу F існує в мітохондрії, хлоропласти і бактерій. АТФаза V-типу існує у еукаріотів, а Транспортер ABC (ABC означає "ATP-зв'язуюча касета") існує в обох прокаріоти та еукаріоти.

Вторинний активний транспорт використовує електрохімічні градієнти для транспортування речовин за допомогою a співтранспортер. Це дозволяє речовинам, що переносяться, рухатися вгору своїми градієнтами завдяки котранспортеру, тоді як основна підкладка рухається вниз по своєму градієнту.

По суті, вторинний активний транспорт використовує енергію з електрохімічних градієнтів, які створює первинний активний транспорт. Це дозволяє клітині отримувати інші молекули, такі як глюкоза, всередині. Вторинний активний транспорт важливий для загальної функції клітин.

Однак вторинний активний транспорт може також виробляти енергію, подібну АТФ, через градієнт іонів водню в мітохондріях. Наприклад, енергія, яка накопичується в іонах водню, може бути використана, коли іони проходять через канал білка АТФ-синтази. Це дозволяє клітині перетворити ADP в ATP.

Білки-носії та насоси є найважливішою частиною активного транспорту. Вони допомагають транспортувати матеріали в камері.

Існує три основних типи білків-носіїв: об'єднувачі, симпортисти і антипортери.

Уніпортери несуть лише один тип іона або молекули, але симпотери можуть нести два іони або молекули в одному напрямку. Антипортери можуть нести два іони або молекули в різних напрямках.

Важливо зазначити, що білки-носії з’являються в активному та пасивному транспорті. Деяким не потрібна енергія для роботи. Проте білки-носії, що використовуються в активному транспорті, потребують енергії для функціонування. АТФ дозволяє їм змінювати форму. Прикладом білка-носія антипортера є Na + -K + АТФаза, яка може переміщувати іони калію та натрію в клітині.

Ендоцитоз і екзоцитоз є також прикладами активного транспорту в клітині. Вони дозволяють масовому транспортуванню переміщуватися в клітини та з них через везикули, тому клітини можуть переносити великі молекули. Іноді клітинам потрібен великий білок або інша речовина, яка не проходить через плазматична мембрана або транспортних каналів.

Для цих макромолекули, ендоцитоз та екзоцитоз - найкращі варіанти. Оскільки вони використовують активний транспорт, їм обом потрібна енергія для роботи. Ці процеси важливі для людини, оскільки вони відіграють роль у роботі нервової системи та функції імунної системи.

Під час ендоцитозу клітина споживає велику молекулу поза межею плазматичної мембрани. Клітина використовує свою мембрану, щоб оточити і з’їсти молекулу, склавши її. Це створює пухирець, який являє собою мішечок, оточений мембраною, що містить молекулу. Потім міхур відривається від плазматичної мембрани і переміщує молекулу у внутрішню клітину.

Окрім споживання великих молекул, клітина може поїдати інші клітини або їх частини. Двома основними видами ендоцитозу є фагоцитоз і піноцитоз. Фагоцитоз - це те, як клітина їсть велику молекулу. Піноцитоз - це те, як клітина п’є такі рідини, як позаклітинна рідина.

Деякі клітини постійно використовують піноцитоз, щоб забирати невеликі поживні речовини з оточення. Клітини можуть утримувати поживні речовини в невеликих пухирцях, як тільки вони потрапляють всередину.

Фагоцити це клітини, які використовують фагоцитоз для споживання речей. Деякі приклади фагоцитів в організмі людини є лейкоцити, як от нейтрофіли і моноцити. Нейтрофіли борються із вторгненнями бактерій через фагоцитоз і допомагають запобігти пошкодженню бактеріями, оточуючи бактерії, споживаючи їх і тим самим знищуючи.

Моноцити більші за нейтрофіли. Однак вони також використовують фагоцитоз для споживання бактерій або мертвих клітин.

У ваших легенях також називаються фагоцити макрофаги. Коли ви вдихаєте пил, частина його потрапляє у ваші легені і потрапляє у повітряні мішечки альвеоли. Потім макрофаги можуть атакувати пил і оточувати його. Вони, по суті, ковтають пил, щоб зберегти ваші легені здоровими. Хоча людський організм має потужну захисну систему, іноді він погано працює.

Наприклад, макрофаги, які ковтають частинки діоксиду кремнію, можуть гинути і виділяти токсичні речовини. Це може спричинити утворення рубцевої тканини.

Амеби одноклітинні і для споживання покладаються на фагоцитоз. Вони шукають поживні речовини і оточують їх; потім вони поглинають їжу і утворюють харчову вакуолю. Далі їжа вакуоль приєднується до лізосоми всередині амеб для розщеплення поживних речовин. лізосома має ферменти, які допомагають процесу.

Ендоцитоз, опосередкований рецепторами дозволяє клітинам споживати певні типи молекул, які їм потрібні. Білки-рецептори допомогти цьому процесу, зв’язавшись з цими молекулами, щоб клітина могла створити пухирець. Це дозволяє конкретним молекулам проникати в клітину.

Зазвичай опосередкований рецепторами ендоцитоз працює на користь клітини і дозволяє їй захоплювати важливі молекули, які їй потрібні. Однак віруси можуть використовувати процес, щоб потрапити в клітину та заразити її. Після того, як вірус прикріплюється до клітини, він повинен знайти спосіб проникнути всередину клітини. Віруси досягають цього шляхом зв’язування з білками рецепторів і потрапляння всередину у везикули.

Під час екзоцитозу везикули всередині клітини приєднуються до плазматичної мембрани і вивільняють їх вміст; вміст виливається за межі клітини. Це може статися, коли клітина хоче рухатися або позбутися молекули. Білок - загальна молекула, яку клітини хочуть перенести таким чином. По суті, екзоцитоз є протилежністю ендоцитозу.

Процес починається з злиття пухирця з плазматичною мембраною. Далі везикула відкривається і вивільняє молекули всередині. Його вміст потрапляє у позаклітинний простір, щоб інші клітини могли їх використовувати або знищувати.

Клітини використовують екзоцитоз для багатьох процесів, таких як секреція білків або ферментів. Вони можуть також використовувати його для антитіла або пептидні гормони. Деякі клітини навіть використовують екзоцитоз для переміщення нейромедіаторів та білків плазматичної мембрани.

Існує два типи екзоцитозу: кальцієзалежний екзоцитоз і незалежний від кальцію екзоцитоз. Як можна здогадатися з назви, кальцій впливає на залежний від кальцію екзоцитоз. При незалежному від кальцію екзоцитозі кальцій не важливий.

Багато організмів використовують органелу під назвою Комплекс Гольджі або Апарат Гольджі для створення пухирців, які будуть експортуватися з клітин. Комплекс Гольджі може модифікувати і переробляти як білки, так і ліпіди. Він упаковує їх у секреторні пухирці, які залишають комплекс.

В регулюється екзоцитоз, необхідний клітині позаклітинні сигнали для переміщення матеріалів назовні. Зазвичай це зарезервовано для певних типів клітин, таких як секреторні клітини. Вони можуть виробляти нейромедіатори або інші молекули, необхідні організму в певний час у певних кількостях.

Організм може не потребувати цих речовин постійно, тому регулювання їх секреції необхідне. Загалом секреторні пухирці довго не прилипають до плазматичної мембрани. Вони доставляють молекули і видаляються самі.

Прикладом цього є нейрон, який виділяє нейромедіатори. Процес починається з нейронної клітини у вашому тілі, що створює пухирець, наповнений нейромедіаторами. Потім ці пухирці рухаються до плазматичної мембрани клітини і чекають.

Далі вони отримують сигнал, в якому беруть участь іони кальцію, і везикули йдуть до пресинаптичної мембрани. Другий сигнал іонів кальцію повідомляє везикулам прикріпитися до мембрани і злитися з нею. Це дозволяє звільнити нейромедіатори.

Активний транспорт є важливим процесом для клітин. Як прокаріоти, так і еукаріоти можуть використовувати його для переміщення молекул у клітини та поза ними. Активний транспорт повинен мати енергію, як АТФ, для роботи, і іноді це єдиний спосіб, яким клітина може функціонувати.

Клітини покладаються на активний транспорт, оскільки дифузія може отримати не те, що вони хочуть. Активний транспорт може рухати молекули проти їх градієнтів концентрації, тому клітини можуть захоплювати такі поживні речовини, як цукор або білки. Білкові носії відіграють важливу роль під час цих процесів.