A különbség az ozmózis és az aktív szállítás között

A sejteknek számos követelményük van a szaporodáshoz és a replikációhoz, és még azoknak a sejteknek is, amelyek nem aktívan növekszenek vagy replikálódjanak, működésükhöz szükséges a tápanyagok a környezetből. A sejt igényei közül sok olyan molekulák, amelyek a sejten kívül is megtalálhatók, beleértve a vizet, cukrokat, vitaminokat és fehérjéket.

A sejtmembrán fontos védő- és szerkezeti funkciókkal rendelkezik, és megtartja a sejtek tartalmát a külső környezettől. A sejtmembrán lipid kettős rétege foszfolipidekből áll, amelyek hidrofób (olajban oldódó, „víztől félő”) farkával képezik a környezet számos oldott anyagának és molekulájának gátját. A sejtmembrán ezen tulajdonsága lehetővé teszi a sejt belső környezetének eltérését a külső környezettől, ugyanakkor jelentős akadályt képez bizonyos molekuláknak a környezetből történő felvételében és a hulladék kiutasításában..

A lipid kettős réteg azonban nem jelent problémát az összes molekula számára. Hidrofób (vagy olajban oldódó) nem poláros molekulák akadálytalanul szabadon diffundálhatnak a sejtmembránon. A molekulák ezen osztályába tartoznak olyan gázok, mint az oxigén (O2), a szén-dioxid (CO2) és a salétrom-oxid (NO). A nagyobb hidrofób szerves molekulák átjuthatnak a plazmamembránon, ideértve bizonyos hormonokat (például ösztrogént) és vitaminokat (például D-vitamint). A kicsi, poláris molekulákat (beleértve a vizet is) részlegesen gátolja a lipid kettős réteg, ám ezek mégis átjuthatnak.

Azoknak a molekuláknak, amelyek szabadon haladhatnak át a sejt membránján, koncentrációjuktól függ, hogy bejutnak-e a sejtbe vagy onnan ki. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a molekulák koncentráció-gradiensük szerint mozognak (azaz a magasabb koncentrációtól az alacsonyabb koncentrációig) diffúzió. Ez azt jelenti, hogy a molekulák kifolynak a sejtből, ha több van a sejtben, mint kívül. Hasonlóképpen, ha több van a sejten kívül, akkor a molekulák addig áramlanak a sejtbe, amíg egyensúly meg nem valósul. Vegyük például egy izomsejtet. Edzés közben a sejt O2-t konvertál CO2-vé. Amint az oxigénnel kezelt vér az izomba jut, az O2 oda halad, ahonnan a koncentráció magasabb (a vérben), oda, ahol alacsonyabb (az izomsejtekben). Ugyanakkor a CO2 az izomsejtekből (ahol magasabb) jut a vérbe (ahol alacsonyabb). A diffúzió nem igényel energiafelhasználást. A víz diffúziója különleges nevet kap, ozmózis.

Nagyobb poláris molekulák és bármilyen töltött molekula esetében a sejtbe való belépés és az onnan való távozás nehezebb, mivel nem tudják átjutni a lipid kettős rétegen. Ez a molekulaosztály tartalmazza az ionokat, cukrokat, aminosavakat (a fehérjék építőelemeit) és még sok más dolgot, amelyek a sejteknek szükségesek a túléléshez és a működéshez. A probléma kiküszöbölése érdekében a sejtben transzportfehérjék vannak, amelyek lehetővé teszik ezeknek a molekuláknak a sejtekbe történő be- és kiszállását. Ezek a transzportfehérjék a sejtmembránban levő proteinek 15-30% -át teszik ki.

A transzportfehérjék különböző formájú és méretűek, de mindegyik átterjed a lipid kettős rétegen, és mindegyik transzportfehérje rendelkezik egy meghatározott típusú molekulával, amelyet szállít. Vannak vivőfehérjék (ezeket transzporterekként vagy permeázokként is ismertek), amelyek a membrán egyik oldalán oldódó anyaghoz vagy molekulahoz kötődnek, és a membrán másik oldalára szállítják. A transzportfehérjék második osztályába tartoznak a csatornafehérjék. A csatornafehérjék hidrofil („vizet szerető”) nyílásokat képeznek a membránban, lehetővé téve a poláris vagy töltött molekulák átfolyását. Mind a csatornafehérjék, mind a hordozófehérjék megkönnyítik a transzportot mind a sejtbe, mind a sejtből.

A molekulák a magas koncentrációtól az alacsonyabb koncentrációig átjuthatnak a transzportfehérjékön. Ezt a folyamatot passzív transzportnak vagy megkönnyített diffúziónak nevezzük. Hasonló a nem poláros molekulák vagy víz diffúziójához közvetlenül a lipid kettős rétegen, azzal a különbséggel, hogy transzportfehérjéket igényel.

Időnként egy sejtnek szüksége van a környezetből olyan dolgokra, amelyek a cellán kívül nagyon alacsony koncentrációban vannak jelen. Alternatív megoldásként egy cellának szükség lehet egy bizonyos oldott anyag rendkívül alacsony koncentrációjára a cellában. Míg a diffúzió lehetővé tenné a sejten belüli és azon kívüli koncentrációk egyensúly felé történő elmozdulását, ezt a folyamatot nevezzük aktiv szállitás elősegíti az oldott anyag vagy molekula koncentrálását a sejt belsejében vagy azon kívül. Az aktív transzport energiaköltségeket igényel ahhoz, hogy a molekulát a koncentráció-gradienshez viszonyítsák. Az eukarióta sejtekben az aktív transzport két fő formája van. Az első típus ATP-meghajtású szivattyúkból áll. Ezek a szivattyúk ATP hidrolízist alkalmaznak az oldott anyag vagy molekula egy meghatározott osztályának a membránon való átjuttatására, hogy akár a sejtben, akár azon kívül koncentrálják. A második típus (ko-transzporterek) az egyik molekulát a koncentráció-gradienshez viszonyítva (alacsonyról magasra) és egy második molekulát a koncentráció-gradiensén (magasról alacsonyra) továbbítja..

A sejtek aktív transzportot is alkalmaznak az ionok megfelelő koncentrációjának fenntartására. Az ionkoncentráció nagyon fontos a sejt elektromos tulajdonságai szempontjából, szabályozva a víz mennyiségét a sejtekben és az ionok egyéb fontos funkcióit. Például a magnézium-ionok (MG2 +) nagyon fontosak a DNS javításában és fenntartásában részt vevő sok fehérjében. A kalcium (Ca2 +) számos sejtfolyamatban is fontos, és az aktív transzport segít fenntartani az 1: 10 000 kalcium gradienst. Az ionok transzportja a lipid kettős rétegen nem csak a koncentráció-gradienstől függ, hanem a membrán elektromos tulajdonságaitól is, ahol a töltések visszatérnek. A nátrium-kálium-ATPáz vagy a Na + -K + szivattyú fenntartja a nátrium magasabb koncentrációját a sejtön kívül. Ebben a törekvésben a sejt energiaigényének csaknem egyharmada elfogy. Ez az óriási energiaköltség az ionok aktív transzportjához megerősíti annak fontosságát, hogy fenntartsuk a molekulák egyensúlyát a megfelelő sejtműködésben.

összefoglalás

Osmosis A víz passzív diffúziója a sejtmembránon, és nem igényel transzportfehérjéket. Atermészetes szállítás a molekulák mozgása a koncentráció-gradiensükkel szemben (az alacsony koncentrációtól a magas koncentrációig) vagy az elektromos gradiensükkel szemben (hasonló töltés felé), és fehérje transzportereket és hozzáadott energiát igényel, akár ATP hidrolízissel, akár egy másik oldott anyag lefelé történő szállításával való összekapcsolódás révén.