Περιεχόμενο
- Γιατί να χρησιμοποιήσετε ενεργή μεταφορά;
- Ηλεκτροχημικές κλίσεις
- Πρωτοβάθμια ενεργή μεταφορά
- Τύποι πρωτοβάθμιων ενεργών μεταφορέων
- Δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά
- Μεταφορικές πρωτεΐνες
- Ενδοκύτωση και Εξοκύτωση
- Επισκόπηση ενδοκυττάρωσης
- Παραδείγματα φαγοκυττάρων
- Ενδοκυττάρωση που προκαλείται από υποδοχείς
- Επισκόπηση εξocytosis
- Παραδείγματα εξωκυττάρωσης
- Ρυθμιζόμενη εξωκύτωση
Η ενεργή μεταφορά απαιτεί ενέργεια για να λειτουργήσει και είναι το πώς ένα κύτταρο μετακινεί μόρια. Η μεταφορά υλικών μέσα και έξω από τα κύτταρα είναι απαραίτητη για τη συνολική λειτουργία.
Οι ενεργές μεταφορές και η παθητική μεταφορά είναι οι δύο κύριοι τρόποι με τους οποίους τα κύτταρα μετακινούν ουσίες. Σε αντίθεση με τις ενεργές μεταφορές, η παθητική μεταφορά δεν απαιτεί ενέργεια. Ο ευκολότερος και φθηνότερος τρόπος είναι η παθητική μεταφορά. Ωστόσο, τα περισσότερα κύτταρα πρέπει να βασίζονται σε ενεργή μεταφορά για να μένουν ζωντανοί.
Γιατί να χρησιμοποιήσετε ενεργή μεταφορά;
Τα κύτταρα συχνά πρέπει να χρησιμοποιούν ενεργή μεταφορά επειδή δεν υπάρχει άλλη επιλογή.Μερικές φορές, η διάχυση δεν λειτουργεί για τα κύτταρα. Η ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ενέργεια όπως τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) για τη μετακίνηση των μορίων έναντι των βαθμίδων συγκέντρωσης τους. Συνήθως, η διαδικασία περιλαμβάνει έναν φορέα πρωτεΐνης που βοηθά τη μεταφορά μετακινώντας τα μόρια στο εσωτερικό των κυττάρων.
Για παράδειγμα, ένα κύτταρο μπορεί να θέλει να μετακινήσει μόρια σακχάρου στο εσωτερικό του, αλλά η κλίση της συγκέντρωσης μπορεί να μην επιτρέπει την παθητική μεταφορά. Εάν υπάρχει μικρότερη συγκέντρωση σακχάρου στο εσωτερικό του κυττάρου και υψηλότερη συγκέντρωση εκτός του κυττάρου, τότε η ενεργή μεταφορά μπορεί να μετακινήσει τα μόρια από την κλίση.
Τα κύτταρα χρησιμοποιούν ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας που δημιουργούν για ενεργή μεταφορά. Στην πραγματικότητα, σε ορισμένους οργανισμούς, η πλειοψηφία του παραγόμενου ΑΤΡ πηγαίνει προς την ενεργή μεταφορά και τη διατήρηση ορισμένων επιπέδων μορίων εντός των κυττάρων.
Ηλεκτροχημικές κλίσεις
Οι ηλεκτροχημικές κλίσεις έχουν διαφορετικά φορτία και χημικές συγκεντρώσεις. Υπάρχουν σε μια μεμβράνη επειδή ορισμένα άτομα και μόρια έχουν ηλεκτρικά φορτία. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού ή δυναμικό μεμβράνης.
Μερικές φορές, το κύτταρο χρειάζεται να φέρει περισσότερες ενώσεις και να κινηθεί εναντίον της ηλεκτροχημικής κλίσης. Αυτό απαιτεί ενέργεια αλλά αποδίδει σε καλύτερη γενική κυτταρική λειτουργία. Απαιτείται για ορισμένες διεργασίες, όπως η διατήρηση βαθμίδων νατρίου και καλίου στα κύτταρα. Τα κύτταρα συνήθως έχουν λιγότερα νάτριο και περισσότερο κάλιο μέσα, έτσι το νάτριο τείνει να εισέλθει στο κύτταρο ενώ τα φύλλα καλίου.
Η ενεργή μεταφορά επιτρέπει στο κύτταρο να τα μετακινεί έναντι των συνηθισμένων βαθμίδων συγκέντρωσης.
Πρωτοβάθμια ενεργή μεταφορά
Η πρωτεύουσα ενεργός μεταφορά χρησιμοποιεί το ΑΤΡ ως πηγή ενέργειας για κίνηση. Μετακινεί ιόντα διαμέσου της μεμβράνης πλάσματος, γεγονός που δημιουργεί μια διαφορά χρέωσης. Συχνά, ένα μόριο εισέρχεται στο κύτταρο καθώς ένας άλλος τύπος μορίου φεύγει από το κύτταρο. Αυτό δημιουργεί τόσο διαφορές συγκεντρώσεως όσο και φορτίου διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης.
ο αντλία νατρίου-καλίου είναι ένα κρίσιμο μέρος πολλών κυττάρων. Η αντλία κινεί το νάτριο από το κελί ενώ κινεί το κάλιο μέσα. Η υδρόλυση του ATP δίνει στο κύτταρο την ενέργεια που χρειάζεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Η αντλία νατρίου-καλίου είναι μια αντλία τύπου P που μετακινεί τρία ιόντα νατρίου προς τα έξω και φέρνει δύο ιόντα καλίου μέσα.
Η αντλία νατρίου-καλίου δεσμεύει το ΑΤΡ και τα τρία ιόντα νατρίου. Στη συνέχεια, η φωσφορυλίωση συμβαίνει στην αντλία έτσι ώστε να αλλάξει το σχήμα της. Αυτό επιτρέπει στο νατρίου να εγκαταλείψει το κελί, και τα ιόντα καλίου να ληφθούν. Στη συνέχεια, η φωσφορυλίωση αντιστρέφει, η οποία αλλάζει πάλι το σχήμα της αντλίας, έτσι ώστε το κάλιο να εισέρχεται στο κύτταρο. Αυτή η αντλία είναι σημαντική για τη συνολική λειτουργία των νεύρων και ωφελεί τον οργανισμό.
Τύποι πρωτοβάθμιων ενεργών μεταφορέων
Υπάρχουν διάφοροι τύποι πρωτογενών ενεργών μεταφορέων. Ρ-τύπου ΑΤΡάση, όπως η αντλία νατρίου-καλίου, υπάρχει σε ευκαρυωτικά, βακτήρια και αρχαιότητες.
Μπορείτε να δείτε ATPase τύπου P σε αντλίες ιόντων όπως αντλίες πρωτονίων, αντλίες νατρίου-καλίου και αντλίες ασβεστίου. F ATPase τύπου υπάρχει στα μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες και βακτήρια. Τύπου ATPase τύπου V υπάρχει στους ευκαρυώτες, και το Μεταφορέας ABC (ABC σημαίνει "κασέτα δέσμευσης ΑΤΡ") υπάρχει τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά.
Δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά
Η δευτερεύουσα ενεργός μεταφορά χρησιμοποιεί ηλεκτροχημικές διαβάσεις για τη μεταφορά ουσιών με τη βοήθεια α συνεταιριστής. Επιτρέπει στις μεταφερόμενες ουσίες να ανεβαίνουν τις κλίσεις τους χάρη στον μεταφορέα, ενώ το κύριο υπόστρωμα μετακινείται προς τα κάτω.
Ουσιαστικά, η δευτερογενής ενεργός μεταφορά χρησιμοποιεί την ενέργεια από τις ηλεκτροχημικές κλίσεις που δημιουργεί η κύρια ενεργή μεταφορά. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να πάρει και άλλα μόρια, όπως γλυκόζη, μέσα. Η δευτερογενής ενεργή μεταφορά είναι σημαντική για τη συνολική λειτουργία των κυττάρων.
Ωστόσο, η δευτερογενής ενεργός μεταφορά μπορεί επίσης να προκαλέσει ενέργεια όπως το ΑΤΡ μέσω της διαβάθμισης ιόντων υδρογόνου στα μιτοχόνδρια. Για παράδειγμα, η ενέργεια που συσσωρεύεται στα ιόντα υδρογόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν τα ιόντα περνούν μέσω της συνθετάσης ΑΤΡ πρωτεΐνης καναλιού. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να μετατρέψει ADP σε ATP.
Μεταφορικές πρωτεΐνες
Οι πρωτεΐνες ή οι αντλίες μεταφοράς είναι ένα κρίσιμο μέρος της ενεργού μεταφοράς. Βοηθούν στη μεταφορά υλικών στο κελί.
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι πρωτεϊνών φορέων: uniporters, συμβούλους και αντιπρόσωποι.
Τα Uniporters φέρουν μόνο έναν τύπο ιόντος ή μορίου, αλλά οι συγγραφείς μπορούν να φέρουν δύο ιόντα ή μόρια προς την ίδια κατεύθυνση. Οι αντιπρόσωποι μπορούν να μεταφέρουν δύο ιόντα ή μόρια σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι πρωτεΐνες φορείς εμφανίζονται στην ενεργή και παθητική μεταφορά. Ορισμένοι δεν χρειάζονται ενέργεια για να εργαστούν. Ωστόσο, οι πρωτεΐνες φορείς που χρησιμοποιούνται στην ενεργή μεταφορά χρειάζονται ενέργεια για να λειτουργήσουν. Το ATP τους επιτρέπει να κάνουν αλλαγές σχήματος. Ένα παράδειγμα μιας μεταφορικής πρωτεΐνης-φορέα είναι η Να + -Κ + ΑΤΡάση, η οποία μπορεί να μεταφέρει ιόντα καλίου και νατρίου στο κύτταρο.
Ενδοκύτωση και Εξοκύτωση
Ενδοκύτωση και εξωκυττάρωση είναι επίσης παραδείγματα ενεργών μεταφορών στο κύτταρο. Επιτρέπουν τη μεταφορά χύδην μεταφοράς μέσα και έξω από τα κύτταρα μέσω κυστιδίων, έτσι τα κύτταρα μπορούν να μεταφέρουν μεγάλα μόρια. Μερικές φορές τα κύτταρα χρειάζονται μια μεγάλη πρωτεΐνη ή άλλη ουσία που δεν ταιριάζει μέσω της μεμβράνης πλάσματος ή των διαύλων μεταφοράς.
Για αυτά τα μακρομόρια, η ενδοκυττάρωση και η εξωκύτωση είναι οι καλύτερες επιλογές. Δεδομένου ότι χρησιμοποιούν ενεργή μεταφορά, και οι δύο χρειάζονται ενέργεια για να εργαστούν. Αυτές οι διαδικασίες είναι σημαντικές για τον άνθρωπο επειδή έχουν ρόλους στη λειτουργία των νεύρων και στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος.
Επισκόπηση ενδοκυττάρωσης
Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, το κύτταρο καταναλώνει ένα μεγάλο μόριο έξω από τη μεμβράνη πλάσματος του. Το κύτταρο χρησιμοποιεί τη μεμβράνη του για να περιβάλλει και να τρώει το μόριο με το δίπλωμα πάνω του. Αυτό δημιουργεί ένα κυστίδιο, το οποίο είναι ένας σάκος που περιβάλλεται από μια μεμβράνη, που περιέχει το μόριο. Στη συνέχεια, το κυστίδιο βγαίνει από τη μεμβράνη πλάσματος και μετακινεί το μόριο στο εσωτερικό του κυττάρου.
Εκτός από την κατανάλωση μεγάλων μορίων, το κύτταρο μπορεί να τρώει άλλα κύτταρα ή τμήματα αυτών. Οι δύο κύριοι τύποι ενδοκυττάρωσης είναι φαγοκυττάρωση και pinocytosis. Η φαγοκυττάρωση είναι το πώς ένα κύτταρο τρώει ένα μεγάλο μόριο. Η πικανίτιδα είναι το πώς μια κυψέλη πίνει υγρά όπως το εξωκυτταρικό υγρό.
Μερικά κύτταρα χρησιμοποιούν συνεχώς πονόκτιοση για να πάρουν μικρά θρεπτικά συστατικά από το περιβάλλον τους. Τα κύτταρα μπορούν να κρατήσουν τα θρεπτικά συστατικά σε μικρά κυστίδια όταν βρίσκονται μέσα.
Παραδείγματα φαγοκυττάρων
Φαγοκύτταρα είναι κύτταρα που χρησιμοποιούν τη φαγοκυττάρωση για να καταναλώνουν πράγματα. Μερικά παραδείγματα φαγοκυττάρων στο ανθρώπινο σώμα είναι τα λευκά αιμοσφαίρια, όπως ουδετερόφιλα και μονοκύτταρα. Τα ουδετερόφιλα καταπολεμούν τα εισβάλλοντα βακτηρίδια μέσω της φαγοκυττάρωσης και βοηθούν στην αποτροπή των βακτηριδίων από το να τα βλάψουν περικυκλώνοντας τα βακτηρίδια, καταναλώνοντάς τα και καταστρέφοντάς τα.
Τα μονοκύτταρα είναι μεγαλύτερα από τα ουδετερόφιλα. Ωστόσο, χρησιμοποιούν επίσης φαγοκυττάρωση για να καταναλώνουν βακτήρια ή νεκρά κύτταρα.
Οι πνεύμονες σας καλούνται επίσης φαγοκύτταρα μακροφάγα. Όταν εισπνέετε τη σκόνη, κάποια από αυτά φτάνουν στους πνεύμονές σας και πηγαίνουν μέσα στους αερόσακους που ονομάζονται κυψελίδες. Στη συνέχεια, οι μακροφάγοι μπορούν να επιτεθούν στη σκόνη και να την περιβάλλουν. Καταπίνουν ουσιαστικά τη σκόνη για να κρατήσουν τους πνεύμονές σας υγιείς. Αν και το ανθρώπινο σώμα διαθέτει ισχυρό αμυντικό σύστημα, μερικές φορές δεν λειτουργεί καλά.
Για παράδειγμα, οι μακροφάγοι που καταπίνουν σωματίδια πυριτίας μπορούν να πεθάνουν και να εκπέμπουν τοξικές ουσίες. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σχηματισμό ιστού ουλής.
Οι αμοιβάδες είναι μονοκύτταρα και βασίζονται στη φαγοκυττάρωση για φαγητό. Ψάχνουν για τα θρεπτικά συστατικά και τα περιβάλλουν. τότε, καταπιούν το φαγητό και σχηματίζουν ένα κενοτοπικό φαγητό. Στη συνέχεια, το κενοτοπικό φαγητό ενώνει ένα λυσοσόμο εντός των αμφοβίων για να διασπάσει τα θρεπτικά συστατικά. Το λυσοσώμη έχει ένζυμα που βοηθούν τη διαδικασία.
Ενδοκυττάρωση που προκαλείται από υποδοχείς
Ενδοκυττάρωση που προκαλείται από υποδοχείς επιτρέπει στα κύτταρα να καταναλώνουν συγκεκριμένους τύπους μορίων που χρειάζονται. Πρωτεΐνες υποδοχέα βοηθήστε αυτή τη διαδικασία δεσμεύοντας αυτά τα μόρια έτσι ώστε το κύτταρο να μπορεί να δημιουργήσει ένα κυστίδιο. Αυτό επιτρέπει στα συγκεκριμένα μόρια να εισέλθουν στο κύτταρο.
Συνήθως, η ενδοκυττάρωση με τη μεσολάβηση των υποδοχέων λειτουργεί στα κύτταρα και της επιτρέπει να συλλάβει σημαντικά μόρια που χρειάζεται. Ωστόσο, οι ιοί μπορούν να εκμεταλλευτούν τη διαδικασία για να εισέλθουν στο κύτταρο και να τον μολύνουν. Αφού ένας ιός συνδέεται με ένα κελί, πρέπει να βρει έναν τρόπο να εισέλθει μέσα στο κελί. Οι ιοί επιτυγχάνουν αυτό με τη δέσμευση πρωτεϊνών υποδοχέα και την είσοδό τους μέσα στα κυστίδια.
Επισκόπηση εξocytosis
Κατά τη διάρκεια της εξωκυττάρωσης, κυστίδια μέσα στο κύτταρο ενώνουν τη μεμβράνη του πλάσματος και απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους. τα περιεχόμενα διαρροών έξω, έξω από το κελί. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν ένα κύτταρο θέλει να κινηθεί ή να απαλλαγεί από ένα μόριο. Η πρωτεΐνη είναι ένα κοινό μόριο που τα κύτταρα θέλουν να μεταφερθούν με αυτόν τον τρόπο. Ουσιαστικά, η εξωκύτωση είναι το αντίθετο της ενδοκυττάρωσης.
Η διαδικασία ξεκινάει με ένα κυστίδιο που τήκεται στη μεμβράνη πλάσματος. Στη συνέχεια, το κυστίδιο ανοίγει και απελευθερώνει τα μόρια μέσα. Τα περιεχόμενά του εισέρχονται στον εξωκυτταρικό χώρο έτσι ώστε τα άλλα κύτταρα να τα χρησιμοποιήσουν ή να τα καταστρέψουν.
Τα κύτταρα χρησιμοποιούν εξωκύτωση για πολλές διεργασίες, όπως εκκρίσεις πρωτεϊνών ή ενζύμων. Μπορούν επίσης να το χρησιμοποιήσουν για αντισώματα ή πεπτιδικές ορμόνες. Ορισμένα κύτταρα χρησιμοποιούν ακόμη εξωκυττάρωση για να μεταφέρουν νευροδιαβιβαστές και πρωτεΐνες μεμβράνης πλάσματος.
Παραδείγματα εξωκυττάρωσης
Υπάρχουν δύο τύποι εξωκυττάρωσης: εξωκυττάρωση εξαρτώμενη από ασβέστιο και εξωκυττάρωση ανεξάρτητη από ασβέστιο. Όπως μπορείτε να μαντέψετε από το όνομα, το ασβέστιο επηρεάζει την εξωκυττάρωση που εξαρτάται από ασβέστιο. Σε ασβεστούχο εξωκύτωση, το ασβέστιο δεν είναι σημαντικό.
Πολλοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ένα οργανίδιο που ονομάζεται Σύμπλεγμα Golgi ή Συσκευές Golgi για τη δημιουργία των κυστιδίων που θα εξαχθούν εκτός των κυττάρων. Το σύμπλεγμα Golgi μπορεί να τροποποιήσει και να επεξεργαστεί τόσο πρωτεΐνες όσο και λιπίδια. Τα πακετάρει σε εκκριτικά κυστίδια που εγκαταλείπουν το συγκρότημα.
Ρυθμιζόμενη εξωκύτωση
Σε ρυθμιζόμενη exocytosis, οι κυτταρικές ανάγκες εξωκυτταρικά σήματα για να μετακινήσετε τα υλικά έξω. Αυτό συνήθως δεσμεύεται για συγκεκριμένους τύπους κυττάρων όπως τα εκκριτικά κύτταρα. Μπορούν να κάνουν νευροδιαβιβαστές ή άλλα μόρια που ο οργανισμός χρειάζεται σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές σε ορισμένες ποσότητες.
Ο οργανισμός μπορεί να μην χρειάζεται αυτές τις ουσίες σε σταθερή βάση, επομένως η ρύθμιση της έκκρισης είναι απαραίτητη. Γενικά, τα εκκρινόμενα κυστίδια δεν κολλάνε για μεγάλο χρονικό διάστημα στη μεμβράνη πλάσματος. Παρέχουν τα μόρια και απομακρύνονται.
Ένα παράδειγμα αυτού είναι ένας νευρώνας που εκκρίνει νευροδιαβιβαστές. Η διαδικασία ξεκινά με ένα κύτταρο νευρώνων στο σώμα σας δημιουργώντας ένα κυστίδιο γεμάτο με νευροδιαβιβαστές. Στη συνέχεια, αυτά τα κυστίδια μεταφέρονται στη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου και περιμένουν.
Στη συνέχεια, λαμβάνουν ένα σήμα, το οποίο περιλαμβάνει ιόντα ασβεστίου, και τα κυστίδια πηγαίνουν στην προ-συναπτική μεμβράνη. Ένα δεύτερο σήμα ιόντων ασβεστίου λέει τα κυστίδια να προσκολληθούν στη μεμβράνη και να συντηχθούν με αυτό. Αυτό επιτρέπει στους νευροδιαβιβαστές να απελευθερωθούν.
Η ενεργός μεταφορά είναι μια σημαντική διαδικασία για τα κύτταρα. Και οι προκαρυώτες και οι ευκαρυώτες μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να μεταφέρουν μόρια μέσα και έξω από τα κύτταρα τους. Η ενεργή μεταφορά πρέπει να έχει ενέργεια, όπως το ATP, για να δουλέψει και μερικές φορές είναι ο μόνος τρόπος για να λειτουργήσει ένα κύτταρο.
Τα κελιά βασίζονται στην ενεργή μεταφορά επειδή η διάχυση μπορεί να μην τους πάρει αυτό που θέλουν. Η ενεργός μεταφορά μπορεί να μετακινεί μόρια έναντι των βαθμίδων συγκέντρωσης τους, έτσι ώστε τα κύτταρα να μπορούν να συλλάβουν θρεπτικά συστατικά όπως η ζάχαρη ή οι πρωτεΐνες. Οι φορείς πρωτεϊνών παίζουν σημαντικό ρόλο κατά τη διάρκεια αυτών των διαδικασιών.