Определение
Активный транспорт – это процесс передачи веществ в клетки, из клеток и между ними с использованием энергии. В некоторых случаях движение веществ может осуществляться пассивным транспортом, который не использует энергию. Однако ячейке часто требуется транспортировать материалы против градиента их концентрации. В этих случаях требуется активный транспорт.
Например, один тип активного транспортного канала в клеточной мембране будет связываться с молекулой, которую предполагается транспортировать, такой как ион натрия, и удерживать ее до тех пор, пока молекула АТФ не придет и не свяжется с белком. Энергия, запасенная в АТФ, позволяет каналу менять форму, выплевывая ион натрия на противоположную сторону клеточной мембраны. Этот тип активного транспорта напрямую использует ATP и называется «основным» активным транспортом.
Другим видом активного транспорта является «вторичный» активный транспорт. В этом типе активного транспорта белковый насос не использует саму АТФ, но клетка должна использовать АТФ, чтобы поддерживать его функционирование. Это будет объяснено более подробно в разделе о насосах Symport ниже.
Наконец, активный транспорт может осуществляться с помощью процессов, называемых эндоцитозом и экзоцитозом. При экзоцитозе клетка перемещает что-то вне себя в больших количествах, оборачивая ее в мембрану, называемую везикулой, и «выплевывая» везикулу. При эндоцитозе клетка «что-то ест», оборачивая и переформируя свою мембрану вокруг вещества или предмета.
Каждый тип активного транспорта объясняется более подробно ниже.
Типы активного транспорта
Антипорт Насосы
Одним из важных типов антипортовых насосов является натриево-калиевый насос, который более подробно обсуждается в разделе «Примеры активного транспорта».
Symport Pumps
В насосах Symport используются диффузионные градиенты для перемещения веществ. Диффузионные градиенты – это различия в концентрации, которые заставляют вещества естественным образом перемещаться из областей с высокой и низкой концентрацией.
В случае симпортного насоса вещество, которое «хочет» переместиться из области высокой концентрации в низкую концентрацию вниз по градиенту концентрации, используется для «переноса» другого вещества против градиента концентрации.
Один из примеров симпорт-насоса – белка транспорта натрия-глюкозы – обсуждается ниже в разделе «Примеры активного транспорта».
При эндоцитозе клетка использует белки в своей мембране, чтобы сложить мембрану в форме кармана. Этот карман формируется вокруг содержимого, которое нужно взять в камеру. Карман растет до тех пор, пока не сжимается, переформируя клеточную мембрану вокруг него и захватывая карман и его содержимое внутри клетки. Эти мембранные карманы, которые несут материалы внутри или между клетками, называются «пузырьками».
Складывание клеточной мембраны осуществляется по механизму, аналогичному антипортовому транспорту ионов калия и натрия. Молекулы АТФ связываются с белками в клеточной мембране, заставляя их менять свою форму. Конформационные изменения многих белков вместе изменяют форму клеточной мембраны до образования пузырька.
При опосредованном рецептором эндоцитозе клеточный рецептор может распознавать конкретную молекулу, которую клетка «хочет» принять, и образовывать везикулу вокруг области, где она распознает молекулу. При других типах эндоцитоза клетка полагается на другие сигналы для распознавания и поглощения определенной молекулы.
экзоцитоз
Экзоцитоз является противоположностью эндоцитоза. При экзоцитозе клетка создает везикулу, заключающую что-то внутри клетки, с целью ее перемещения за пределы клетки через мембрану. Это чаще всего происходит, когда клетка хочет «экспортировать» важный продукт, такой как клетки, которые синтезируют и экспортируют ферменты и гормоны, которые необходимы по всему организму.
В эукариотических клетках белковые продукты образуются в эндоплазматической сети. Они часто упаковываются эндоплазматическим ретикулумом в пузырьки и отправляются в аппарат Гольджи.
Аппарат Гольджи можно представить как сотовое «почтовое отделение». Он получает пакеты из эндоплазматического ретикулума, обрабатывает их и «обращается» к ним, добавляя молекулы, которые будут распознаваться рецепторами на мембране клетки, предназначенной для приема продукта.
Затем аппарат Гольджи упаковывает готовые «адресованные» продукты в собственные пузырьки. Эти везикулы движутся к клеточной мембране, стыкуются и сливаются с ней, позволяя мембране везикулы становиться частью клеточной мембраны. Содержимое пузырька затем проливается во внеклеточное пространство.
Именно этот градиент позволяет нашим нервным клеткам срабатывать, вызывая сокращения мышц, ощущения и даже мысли. Даже наша сердечная мышца полагается на эти ионные градиенты, чтобы сжиматься!
Способность натриево-калиевого насоса транспортировать калий в клетки при транспортировке натрия из клеток настолько важна, что, по некоторым оценкам, мы тратим 20-25% всей энергии, которую мы получаем от пищи, просто выполняя эту единственную задачу! В нейронах подавляющее большинство энергии клетки используется для питания натриево-калиевых насосов.
Это может звучать как много энергии, но это важная и монументальная задача; именно этот насос позволяет нам двигаться, думать, качать кровь по всему телу и воспринимать мир вокруг нас.
Натрий-глюкоза транспортный белок
Известным примером симпортного насоса является белок транспорта натрия-глюкозы. Этот белок связывается с двумя ионами натрия, которые «хотят» проникнуть в клетку, и одной молекулой глюкозы, которая «хочет» оставаться вне клетки. Это важный метод транспорт сахара в организме, необходимом для обеспечения энергии для клеточного дыхания.
Естественная диффузия ионов натрия внутри клетки облегчает движение глюкозы в клетку. Глюкоза может быть перенесена в клетку с натрием без транспортного белка, расходующего АТФ. Однако АТФ должен использоваться натриево-калиевым насосом в другом месте клетки, чтобы поддерживать градиент натрия на месте. Без градиента натрия транспорт натрия-глюкозы не мог функционировать.
Белые кровяные клетки, уничтожающие патогены
важный пример Эндоцитоз – это процесс, посредством которого лейкоциты «питаются» патогенами. Когда белые кровяные клетки распознают инородный объект внутри тела, такой как бактерия, они складывают клеточную мембрану вокруг него, чтобы перенести его в цитоплазму.
Затем они объединяют пузырь, содержащий захватчик, с лизосомой – пузырьком, содержащим сильные химические вещества и ферменты, которые могут разрушаться и переваривать органическое вещество. По сути, они создали сотовый «желудок», чтобы «переварить» захватчика!
В чем разница между активным транспортом и пассивным транспортом?
Активный транспорт перемещает вещества из области более низкой концентрации в более высокую концентрацию, то есть против градиента концентрации. Существует потребность в энергии для этого процесса, так как он не происходит естественным образом в отсутствие активных сил.
Напротив, пассивный транспорт происходит естественным образом, поскольку вещества движутся вниз по градиенту концентрации в отсутствие энергии. Следовательно, основное различие между активным и пассивным транспортом – это потребность в энергии.
викторина
Список используемой литературы
Показать спрятать