Razlika med osmozo in aktivnim transportom

Celica ima številne zahteve za rast in razmnoževanje, celo celice, ki ne rastejo ali se razmnožujejo, potrebujejo hranila iz okolja, da delujejo. Veliko potreb celice so molekule, ki jih lahko najdemo zunaj celice, vključno z vodo, sladkorji, vitamini in beljakovinami.

Celična membrana ima pomembne zaščitne in strukturne funkcije in deluje tako, da ohranja celično vsebino ločeno od zunanjega okolja. Lipidni dvoslojni del celične membrane je sestavljen iz fosfolipidov, ki imajo hidrofobne (olje topne, "vode, ki se bojijo") repov, ki predstavljajo oviro za številne topljene snovi in ​​molekule v okolju. Ta lastnost celične membrane omogoča, da se celicno notranje okolje razlikuje od zunanjega okolja, hkrati pa deluje tudi kot glavna ovira pri zajemanju določenih molekul iz okolja in odstranjevanju odpadkov.

Vendar lipidni dvoslojni ne predstavlja težav za vse molekule. Nepolarne molekule hidrofobnih (ali oljno topnih) lahko neovirano difuzujejo skozi celično membrano. V ta razred molekul spadajo plini, kot so kisik (O2), ogljikov dioksid (CO2) in dušikov oksid (NO). Večje hidrofobne organske molekule lahko prehajajo tudi skozi plazemsko membrano, vključno z nekaterimi hormoni (na primer estrogenom) in vitamini (kot je vitamin D). Majhne, ​​polarne molekule (vključno z vodo) delno ovirajo lipidni dvoslojni, vendar še vedno lahko prehajajo skozi.

Za molekule, ki lahko prosto prehajajo skozi celično membrano, je to, ali potujejo v celico ali iz nje, odvisno od njihove koncentracije. Pokliče se težnja molekul, da se gibljejo glede na njihov koncentracijski gradient (to je od višje koncentracije do nižje koncentracije) difuzija. To pomeni, da bodo molekule pritekle iz celice, če jih je več v celici kot zunaj. Prav tako, če jih je več zunaj celice, se bodo molekule pretakale v celico, dokler ni doseženo ravnovesje. Na primer, razmislite o mišični celici. Med vadbo celica pretvori O2 v CO2. Ko kisik s kisikom vstopi v mišico, O2 potuje od tam, kjer je koncentracija višja (v krvi), do kjer je nižja (v mišičnih celicah). Hkrati CO2 iz mišičnih celic (kjer je višji) potuje v kri (kjer je nižja). Difuzija ne zahteva porabe energije. Difuzija vode je dobila posebno ime, osmoza.

Pri večjih polarnih molekulah in napolnjenih molekulah je vstop v celico in izstop iz nje težji, saj ne morejo skozi lipidni plasti. Ta razred molekul vključuje ione, sladkorje, aminokisline (gradnike beljakovin) in številne druge stvari, ki jih celica potrebuje za preživetje in delovanje. Da bi odpravili to težavo, ima celica transportne beljakovine, ki omogočajo, da se te molekule premikajo v celico in iz nje. Ti transportni proteini predstavljajo 15-30% beljakovin v celični membrani.

Transportni proteini so različnih oblik in velikosti, vendar se vsi raztezajo skozi lipidni dvoslojni, vsak transportni protein pa ima določeno vrsto molekule, ki jo transportira. Obstajajo nosilni proteini (ki so znani tudi kot prenašalci ali permeaze), ki se na eni strani membrane vežejo na topilo ali molekulo in jo prenašajo na drugo stran membrane. Drugi razred transportnih beljakovin vključuje kanalne proteine. Kanalni proteini tvorijo hidrofilne ("vodo ljubeče") odprtine v membrani, ki omogočajo, da polarne ali nabito molekule tečejo skozi. Tako kanalni proteini kot prenašalne beljakovine olajšajo prevoz v celico in zunaj nje.

Molekule lahko potujejo skozi transportne beljakovine od visoke koncentracije do nižje koncentracije. Ta proces imenujemo pasivni transport ali olajšana difuzija. Podobno je z difuzijo nepolarnih molekul ali vode neposredno skozi lipidni dvoplast, le da potrebuje transportne beljakovine.

Včasih celica potrebuje stvari iz okolja, ki so zunaj celice v zelo nizki koncentraciji. Druga možnost je, da celica zahteva izredno nizke koncentracije določene topljene snovi v celici. Medtem ko bi difuzija omogočala, da se koncentracije znotraj in zunaj celice premaknejo v ravnovesje, je to postopek, imenovan aktivni prevoz pomaga koncentrirati raztopino ali molekulo znotraj ali zunaj celice. Aktivni transport zahteva porabo energije za premikanje molekule proti njenemu koncentracijskemu gradientu. V evkariontskih celicah obstajata dve glavni obliki aktivnega prevoza. Prvo vrsto sestavljajo črpalke, ki jih poganja ATP. Te črpalke uporabljajo hidrolizo ATP za prevoz določenega razreda topljenca ali molekule skozi membrano, da se ta koncentrira znotraj ali zunaj celice. Druga vrsta (imenovana kotransporterji) pari eno molekulo proti njenemu koncentracijskemu gradientu (od nizkega do visokega) s prevozom druge molekule navzdol po njenem koncentracijskem gradientu (od visoke do nizke).

Celice uporabljajo tudi aktivni transport za vzdrževanje ustrezne koncentracije ionov. Ionska koncentracija je zelo pomembna za električne lastnosti celice, nadzoruje količino vode v celicah in druge pomembne funkcije ionov. Na primer, magnezijevi ioni (MG2 +) so zelo pomembni za številne beljakovine, ki sodelujejo pri popravilu in vzdrževanju DNK. Kalcij (Ca2 +) je pomemben tudi pri številnih celičnih procesih, aktivni transport pa pomaga vzdrževati kalcijev gradient 1: 10.000. Transport ionov čez lipidni dvoslojni ni odvisen samo od koncentracijskega gradienta, temveč tudi od električnih lastnosti membrane, kjer se podobni naboji odbijajo. Natrijevo-kalijeva ATP-a ali Na + -K + črpalka vzdržuje večjo koncentracijo natrija zunaj celice. Pri tem prizadevanju porabi skoraj tretjino energije. Ta velik poraba energije za aktivni transport ionov potrjuje pomen ohranjanja ravnovesja molekul v pravilnem delovanju celic.

Povzetek

Osmoza je pasivna difuzija vode po celični membrani in ne potrebuje transportnih beljakovin. Active transport je gibanje molekul proti njihovemu koncentracijskemu gradientu (od nizke do visoke koncentracije) ali proti njihovemu električnemu gradientu (proti podobnemu naboju) in zahteva prenašalce beljakovin in dodano energijo bodisi s hidrolizo ATP bodisi s pripenjanjem na spust drugega topila.