Rozdiel medzi osmózou a aktívnym transportom

Bunka má veľa požiadaviek, aby mohla rásť a replikovať sa, a dokonca aj bunky, ktoré aktívne nerastú alebo sa nereplikujú, potrebujú na fungovanie živiny z prostredia. Mnohé z požiadaviek bunky sú molekuly, ktoré sa nachádzajú mimo bunky, vrátane vody, cukrov, vitamínov a bielkovín.

Bunková membrána má dôležité ochranné a štrukturálne funkcie a pôsobí tak, že udržiava bunkový obsah oddelený od vonkajšieho prostredia. Lipidová dvojvrstva bunkovej membrány je zložená z fosfolipidov, ktoré majú hydrofóbne (v oleji rozpustné, „vodné obavy“) chvosty, ktoré vytvárajú bariéru pre množstvo rozpustených látok a molekúl v prostredí. Táto vlastnosť bunkovej membrány umožňuje, aby sa vnútorné prostredie bunky líšilo od vonkajšieho prostredia, ale tiež pôsobí ako hlavná prekážka pri prijímaní určitých molekúl z prostredia a vylučovaní odpadu..

Lipidová dvojvrstva však nepredstavuje problém pre všetky molekuly. Hydrofóbne (alebo v oleji rozpustné) nepolárne molekuly sa môžu voľne šíriť cez bunkovú membránu bez prekážok. Do tejto triedy molekúl patria plyny, ako je kyslík (O2), oxid uhličitý (CO2) a oxid dusnatý (NO). Väčšie hydrofóbne organické molekuly môžu tiež prechádzať plazmatickou membránou, vrátane určitých hormónov (napríklad estrogén) a vitamínov (ako je vitamín D). Malé polárne molekuly (vrátane vody) sú lipidovou dvojvrstvou čiastočne brzdené, ale stále môžu prechádzať.

Pre molekuly, ktoré môžu voľne prechádzať cez bunkovú membránu, či už cestujú do alebo z bunky, záleží na ich koncentrácii. Nazýva sa tendencia molekúl pohybovať sa podľa ich koncentračného gradientu (tj od vyššej koncentrácie po nižšiu koncentráciu) rozptyl. To znamená, že molekuly vytekajú z bunky, ak je v bunke viac ako vonku. Podobne, ak je viac mimo bunky, molekuly budú prúdiť do bunky, kým nebude dosiahnutá rovnováha. Napríklad, zvážte svalovú bunku. Počas cvičenia bunka premieňa O2 na CO2. Keď okysličená krv vstupuje do svalu, O2 putuje z miesta, kde je vyššia koncentrácia (v krvi) do miesta, kde je nižšia (vo svalových bunkách). Zároveň CO2 putuje z svalových buniek (kde je vyššia) do krvi (kde je nižšia). Difúzia nevyžaduje energetické výdavky. Difúzia vody má špeciálny názov, osmóza.

Pre väčšie polárne molekuly a akékoľvek nabité molekuly je vstup a výstup z bunky ťažší, pretože nemôžu prejsť cez dvojvrstvovú lipidovú vrstvu. Táto trieda molekúl zahŕňa ióny, cukry, aminokyseliny (stavebné kamene proteínov) a mnoho ďalších vecí, ktoré bunka potrebuje na prežitie a fungovanie. Na vyriešenie tohto problému má bunka transportné proteíny, ktoré umožňujú týmto molekulám pohybovať sa do a von z bunky. Tieto transportné proteíny tvoria 15 až 30% proteínov v bunkovej membráne.

Transportné proteíny prichádzajú v niekoľkých tvaroch a veľkostiach, všetky však prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu a každý transportný proteín má špecifický typ molekuly, ktorú transportuje. Existujú nosné proteíny (ktoré sú tiež známe ako transportéry alebo permeázy), ktoré sa viažu na rozpustenú látku alebo molekulu na jednej strane membrány a transportujú ju na druhú stranu membrány. Druhá trieda transportných proteínov zahrnuje kanálové proteíny. Kanálové proteíny tvoria v membráne hydrofilné („milujúce vodu“) otvory, ktoré umožňujú pretekanie polárnych alebo nabitých molekúl. Proteínové kanály aj proteínové nosiče uľahčujú transport do bunky aj z bunky.

Molekuly môžu cestovať transportnými proteínmi z vysokej koncentrácie na nižšiu koncentráciu. Tento proces sa nazýva pasívny transport alebo uľahčená difúzia. Je to podobné difúzii nepolárnych molekúl alebo vody priamo cez lipidovú dvojvrstvu, okrem toho, že vyžaduje transportné proteíny.

Bunka niekedy potrebuje veci z prostredia, ktoré sa nachádzajú vo veľmi nízkej koncentrácii mimo bunky. Alternatívne môže bunka vyžadovať extrémne nízke koncentrácie určitého množstva rozpustenej látky vo vnútri bunky. Zatiaľ čo difúzia by umožnila, aby sa koncentrácie vo vnútri a mimo bunky pohybovali smerom k rovnováhe, nazýva sa proces aktívna preprava pomáha koncentrovať rozpustenú látku alebo molekulu vo vnútri alebo mimo bunky. Aktívny transport vyžaduje energetický výdaj na presun molekuly proti jej koncentračnému gradientu. V eukaryotických bunkách existujú dve hlavné formy aktívneho transportu. Prvý typ pozostáva z čerpadiel poháňaných ATP. Tieto pumpy používajú ATP hydrolýzu na transport špecifickej triedy rozpustenej látky alebo molekuly cez membránu na jej koncentráciu vo vnútri alebo von z bunky. Druhý typ (nazývaný kotransportéry) spája transport jednej molekuly proti jej koncentračnému gradientu (od nízkej po vysokú) s transportom druhej molekuly po jej koncentračnom gradiente (od vysokej po nízku)..

Bunky tiež používajú aktívny transport na udržanie správnej koncentrácie iónov. Koncentrácia iónov je veľmi dôležitá pre elektrické vlastnosti bunky, reguluje množstvo vody v bunkách a ďalšie dôležité funkcie iónov. Napríklad ióny horčíka (MG2 +) sú veľmi dôležité pre mnoho proteínov zapojených do opravy a udržiavania DNA. Vápnik (Ca2 +) je tiež dôležitý v mnohých bunkových procesoch a aktívny transport pomáha udržiavať gradient vápnika 1: 10 000. Transport iónov cez lipidovú dvojvrstvu závisí nielen od koncentračného gradientu, ale aj od elektrických vlastností membrány, kde sa podobné náboje odpudzujú. ATPáza sodno-draselná ATPáza alebo Na + -K + udržuje vyššiu koncentráciu sodíka mimo bunky. Pri tomto úsilí sa spotrebuje takmer jedna tretina energetickej potreby bunky. Tento obrovský energetický výdaj na aktívny transport iónov potvrdzuje dôležitosť udržiavania rovnováhy molekúl pri správnej funkcii buniek.

zhrnutie

Osmosis je pasívna difúzia vody cez bunkovú membránu a nevyžaduje transportné proteíny. ctive transport je pohyb molekúl proti ich koncentračnému gradientu (od nízkej po vysokú koncentráciu) alebo proti ich elektrickému gradientu (smerom k podobnému náboju) a vyžaduje si proteínové transportéry a pridanú energiu, buď hydrolýzou ATP alebo väzbou na downhill transport iného solutu.