Skirtumas tarp osmoso ir aktyvaus transporto

Ląstelei keliami daugybė reikalavimų, kad ji galėtų augti ir daugintis, ir net ląstelėms, kurios neaktyviai auga ar dauginasi, reikalingos maistinės medžiagos iš aplinkos. Daugelis ląstelės poreikių yra molekulės, kurias galima rasti už ląstelės ribų, įskaitant vandenį, cukrų, vitaminus ir baltymus.

Ląstelės membrana atlieka svarbias apsaugines ir struktūrines funkcijas, todėl ji apsaugo ląstelių turinį nuo išorinės aplinkos. Ląstelės membranos lipidinis sluoksnis yra sudarytas iš fosfolipidų, turinčių hidrofobines (aliejuje tirpstančias, „vandeniui baimingas“) uodegas, sudarančias barjerą daugeliui tirpių medžiagų ir molekulių aplinkoje. Ši ląstelės membranos savybė leidžia ląstelės vidinei aplinkai skirtis nuo išorinės aplinkos, tačiau ji taip pat yra pagrindinė kliūtis paimant tam tikras molekules iš aplinkos ir pašalinant atliekas..

Tačiau lipidinis dvisluoksnis sluoksnis nesukelia problemų visoms molekulėms. Hidrofobinės (arba tirpios aliejuje) nepolinės molekulės netrukdomai gali laisvai difunbuoti per ląstelės membraną. Šiai molekulių klasei priklauso tokios dujos kaip deguonis (O2), anglies dioksidas (CO2) ir azoto oksidas (NO). Didesnės hidrofobinės organinės molekulės taip pat gali praeiti pro plazmos membraną, įskaitant tam tikrus hormonus (pvz., Estrogeną) ir vitaminus (pvz., Vitaminą D). Lipidų dvisluoksnis iš dalies trukdo mažoms, poliarinėms molekulėms (įskaitant vandenį), tačiau jos vis tiek gali praeiti.

Molekulėms, laisvai praeinančioms per ląstelės membraną, priklauso nuo jų koncentracijos, ar jos patenka į ląstelę, ar iš jos. Kviečiamas molekulių polinkis judėti pagal jų koncentracijos gradientą (tai yra nuo didesnės koncentracijos iki mažesnės koncentracijos) difuzija. Tai reiškia, kad molekulės išlįs iš ląstelės, jei ląstelės bus daugiau nei išorėje. Panašiai, jei ląstelės išorėje yra daugiau, molekulės teka į ląstelę, kol bus pasiekta pusiausvyra. Pavyzdžiui, apsvarstykite raumenų ląstelę. Mankštos metu ląstelė paverčia O2 į CO2. Kai deguonimi prisotintas kraujas patenka į raumenis, O2 keliauja iš ten, kur didesnė jo koncentracija (kraujyje), ten, kur jis yra mažesnis (raumenų ląstelėse). Tuo pačiu metu CO2 iš raumenų ląstelių (ten, kur jos yra aukščiau) keliauja į kraują (kur jis yra mažesnis). Difuzijai nereikia energijos išlaidų. Vandens difuzijai suteikiamas ypatingas vardas, osmosas.

Didesnėms polinėms molekulėms ir bet kurioms įkrautoms molekulėms sunkiau patekti į ląstelę ir iš jos išeiti, nes jos negali praeiti pro lipidų dvisluoksnį sluoksnį. Šiai molekulių klasei priklauso jonai, cukrus, aminorūgštys (baltymai) ir daugybė kitų dalykų, kuriuos ląstelė turi išgyventi ir funkcionuoti. Norėdami išspręsti šią problemą, ląstelė turi transportinius baltymus, leidžiančius šioms molekulėms judėti į ląstelę ir iš jos. Šie transportavimo baltymai sudaro 15–30% baltymų ląstelės membranoje.

Transportiniai baltymai būna kelių formų ir dydžių, tačiau visi tęsiasi per lipidų dvisluoksnį sluoksnį, ir kiekvienas transportinis baltymas turi tam tikro tipo molekules, kurias transportuoja. Yra baltymų nešančiųjų baltymų (kurie taip pat žinomi kaip pernešėjai arba permeazės), kurie jungiasi su tirpia medžiaga arba molekulėmis vienoje membranos pusėje ir perneša ją į kitą membranos pusę. Antroji transportinių baltymų klasė apima kanalinius baltymus. Kanalo baltymai membranoje sudaro hidrofilines („vandenį mylinčias“) angas, kad pro jas galėtų tekėti polinės arba įkrautos molekulės. Tiek kanalo baltymai, tiek baltymai nešikliai palengvina transportavimą į ląstelę ir iš jos.

Molekulės gali transportuoti baltymus iš didelės koncentracijos į mažesnę. Šis procesas vadinamas pasyviu transportu arba palengvinta difuzija. Tai panašu į nepolinių molekulių ar vandens difuziją tiesiai per lipidų dvisluoksnį sluoksnį, išskyrus tai, kad tam reikalingi transportiniai baltymai.

Kartais ląstelei reikia aplinkos dalykų, kurių koncentracija ląstelėje yra labai maža. Kitu atveju ląstelei gali prireikti ypač mažos tam tikros tirpios medžiagos koncentracijos ląstelės viduje. Nors difuzija leistų koncentracijoms ląstelėje ir išorėje judėti pusiausvyros link, vadinamas procesas aktyvus transportas padeda sukoncentruoti tirpią medžiagą ar molekulę ląstelės viduje arba išorėje. Aktyviam transportavimui reikia energijos sąnaudų, kad molekulė judėtų prieš jos koncentracijos gradientą. Yra dvi pagrindinės aktyvaus transporto formos eukariotų ląstelėse. Pirmąjį tipą sudaro ATP varomi siurbliai. Šie siurbliai naudoja ATP hidrolizę tam tikros rūšies tirpiojo produkto ar molekulės pernešimui per membraną, kad koncentruoti ją ląstelėje arba iš jos. Antrasis tipas (vadinamasis pernešėjas) sujungia vienos molekulės transportavimą pagal jos koncentracijos gradientą (nuo žemos iki aukštos) su antros molekulės transportavimu žemyn po jos koncentracijos gradientą (nuo didelio iki žemo)..

Ląstelės taip pat naudoja aktyvųjį transportą, kad palaikytų tinkamą jonų koncentraciją. Jonų koncentracija yra labai svarbi ląstelės elektrinėms savybėms, kontroliuojančioms vandens kiekį ląstelėse ir kitas svarbias jonų funkcijas. Pavyzdžiui, magnio jonai (MG2 +) yra labai svarbūs daugeliui baltymų, dalyvaujančių DNR atstatyme ir palaikyme. Kalcis (Ca2 +) taip pat svarbus daugelyje ląstelių procesų, o aktyvus transportas padeda palaikyti kalcio gradientą 1: 10 000. Jonų pernešimas per lipidinį dvisluoksnį sluoksnį priklauso ne tik nuo koncentracijos gradiento, bet ir nuo membranos elektrinių savybių. Natrio-kalio ATPazės arba Na + -K + pompa palaiko didesnę natrio koncentraciją ląstelėje. Šiam tikslui sunaudojama beveik trečdalis ląstelės energijos poreikio. Šios didžiulės energijos sąnaudos aktyviam jonų transportavimui patvirtina, kad svarbu išlaikyti molekulių pusiausvyrą, kad ląstelės funkcionuotų tinkamai.

Santrauka

Osmosis yra pasyvi vandens difuzija per ląstelės membraną ir jai nereikia transportavimo baltymų. ACtive transportas yra molekulių judėjimas atsižvelgiant į jų koncentracijos gradientą (nuo mažos iki didelės koncentracijos) arba pagal jų elektrinį gradientą (link panašaus krūvio) ir reikalauja baltymų pernešėjų bei pridėtinės energijos, atliekant ATP hidrolizę arba jungiantis prie kitos tirpios medžiagos transportavimo žemyn..