Transport aktywny

Co to jest transport aktywny?

Plik Transport aktywny Jest to przemieszczanie się substancji z jednej strony błon komórkowych na drugą wbrew ich gradientowi stężeń, to znaczy z miejsca, w którym są mniej skoncentrowane do miejsca, w którym są bardziej skoncentrowane. Ponieważ nie zachodzi spontanicznie, jest to proces, który zwykle wymaga energii.

Wszystkie komórki występujące w naturze są ograniczone błoną lipidową, która zachowuje się jak bariera półprzepuszczalna, to znaczy umożliwia przejście niektórych substancji i zapobiega przedostawaniu się innych z wnętrza na zewnątrz i odwrotnie.

Duża liczba cząsteczek przemieszcza się poprzez transport bierny z jednej strony komórki na drugą, ale jest to ważna część mechanizmów komórkowych, a tym samym życia jako taki zależą od aktywnego transportu jonów i cząsteczek, takich jak między innymi glukoza, sód, potas, wapń.

Ponieważ transport aktywny nie jest procesem korzystnym energetycznie (jest procesem „pod górę”), jest on zwykle sprzężony, bezpośrednio lub pośrednio, z innym procesem, takim jak reakcja utleniania hydrolizy ATP, z przepływem związków chemicznych na korzyść jego gradient, pochłanianie światła słonecznego itp..

Jak poruszają się cząsteczki w transporcie aktywnym?

Ruch cząsteczek lub substancji z jednej strony błon komórkowych na drugą może odbywać się na dwa sposoby:

• P.więc: gdy cząsteczki spontanicznie przechodzą przez błony na drodze prostej dyfuzji - lub ułatwiają ją pory i kanały białkowe -. W tym przypadku poszukuje się równowagi chemicznej między przedziałami, czyli podążając za ich gradientem elektrochemicznym lub stężeń (od miejsca o wyższym stężeniu do niższego stężenia).
• DOskutecznie: kiedy cząsteczki są transportowane z jednej strony błony komórkowej na drugą wbrew ich gradientowi stężenia lub ładunku. Skutkuje to ich nierównomiernym nagromadzeniem lub przesunięciem równowagi chemicznej między przedziałami; potrzebuje energii (jest niekorzystna termodynamicznie, czyli endergonicznie) i udziału specjalnych transporterów białek.

Podstawowy transport aktywny

Podstawowy transport aktywny to taki, w którym transport cząsteczki wbrew jej gradientowi chemicznemu (powodującemu jej gromadzenie się po jednej stronie membrany) jest bezpośrednio sprzężony z egzergoniczną reakcją chemiczną, to znaczy z reakcją, w której jest ona uwalniana Energia.

Najczęstsze przykłady pierwotnego transportu aktywnego reprezentowane są głównie przez te, które wykorzystują energię uwalnianą podczas hydrolizy trifosforanu adenozyny (ATP), cząsteczki uważanej za najważniejszą komórkową walutę energetyczną..

Na przykład komórki zwierzęce aktywnie poruszają się lub transportują (wbrew ich gradientowi) jony sodu (Na +) i potasu (K +), wykorzystując bardzo specjalną strukturę białka transportowego, znaną jako pompa sodowo-potasowa. Odpowiada za wydalanie jonów sodu i wprowadzanie jonów potasu do komórki podczas hydrolizy ATP.

Należy pamiętać, że wiele białek biorących udział w tego rodzaju transporcie nazywa się „pompami”.

Jak działa transporter Na + / K+?

Stężenia sodu i potasu są różne w komórkach zwierzęcych: potas występuje w wyższym stężeniu na poziomie wewnątrzkomórkowym w stosunku do środowiska zewnętrznego, a sód jest mniej stężony wewnątrz komórki niż na zewnątrz. Jego aktywny transport dzięki pompie sodowo-potasowej wygląda następująco:

1. Pompa "otwiera się" w przestrzeni cytozolowej i wiąże się z 3 jonami sodu (Na +), co powoduje hydrolizę cząsteczki ATP (pompa jest fosforylowana).
2. Wraz z hydrolizą ATP pompa zmienia swój kształt strukturalny i staje się „otwarta” w kierunku przestrzeni zewnątrzkomórkowej, gdzie wypuszcza jony sodu ze względu na zjawisko zmniejszonego powinowactwa.
3. W tej pozycji pompa jest teraz w stanie związać 2 jony potasu (K +), powodując defosforylację pompy i zmianę jej kształtu do formy początkowej, otwartej na cytosol. Otwór ten uwalnia jony potasu do komórki i jest ona gotowa do kolejnego cyklu transportowego..

Ogólnie rzecz biorąc, podstawowy transport aktywny powoduje ustalenie gradientów elektrochemicznych ważnych z wielu punktów widzenia dla aktywności komórkowej..

Wtórny transport aktywny

Wtórny transport aktywny to transport cząsteczki lub substancji rozpuszczonej wbrew jej gradientowi elektrycznemu lub stężeniu (proces endergoniczny, który wymaga energii), który jest połączony z transportem innej cząsteczki na korzyść jej gradientu (proces egzergoniczny, który uwalnia energię).

Specyfika tego rodzaju transportu aktywnego polega na tym, że gradient cząsteczki, która pozornie porusza się w transporcie biernym, został wcześniej ustalony przez pierwotny proces transportu aktywnego, to znaczy zużywał również energię..

Jak to działa?

Podstawowy aktywny transport dodatnio lub ujemnie naładowanych jonów tworzy gradient elektrochemiczny w komórce; ten rodzaj transportu jest ogólnie uważany za mechanizm „magazynowania energii”..

Przyczyna powyższego stwierdzenia wynika z faktu, że gdy te same jony, które były aktywnie transportowane, są mobilizowane przez transport bierny lub co najmniej tak samo, na korzyść gradientu ich stężenia, uwalniana jest energia, ponieważ jest to proces egzergoniczny..

Wtórny transport aktywny nazywany jest w ten sposób, ponieważ wykorzystuje energię „zmagazynowaną” w postaci gradientu stężeń jonów (który został ustalony przez pierwotny transport aktywny) do przemieszczania innych cząsteczek wbrew gradientowi stężenia w tym samym czasie, w którym jest wytwarzana. transport bierny tych, które po raz pierwszy wprowadzono transportem podstawowym.

Zwykle białka biorące udział w tego rodzaju aktywnym transporcie to cotransporters które wykorzystują energię zawartą w gradientach elektrochemicznych. Te kotransportery mogą przesuwać cząsteczki w tym samym kierunku (symportery) lub w przeciwnych kierunkach (anty-nośniki).

Dobrym przykładem wtórnego aktywnego „kotransportu” typu „symport” jest ten przeprowadzany przez kotransporter sodu / glukozy w błonie komórkowej komórek obecnych w błonie śluzowej jelit zwierząt..

Ten transporter przenosi jony sodu w dół gradientu stężenia do komórki, jednocześnie transportując cząsteczki glukozy do komórki, wbrew gradientowi stężeń..

Przykłady transportu aktywnego

Transport aktywny to proces o fundamentalnym znaczeniu dla życia komórkowego, dla którego można przytoczyć wiele przykładów, w tym:

• Pompy (pierwotny transport aktywny), które odpowiadają za aktywny transport jonów, małych cząsteczek hydrofilowych, lipidów itp..
• Transportery (kotransportery, wtórny transport aktywny), które są odpowiedzialne za ruch cząsteczek, takich jak między innymi glukoza, aminokwasy, niektóre jony i inne cukry.

Pompy napędzane ATP do podstawowego transportu aktywnego

Ogólnie transport aktywny jest niezwykle ważnym mechanizmem transportu dla wszystkich komórek, zarówno prokariotów (bakterii i archeonów), jak i eukariontów (zwierząt, roślin i grzybów).

W pierwotnym transporcie aktywnym zwykle pośredniczy rodzaj białka lub kompleksu białek zwanego „pompami”, z których najbardziej istotne są pompy „poruszane” lub „napędzane” przez energię pochodzącą z ATP.

Te białka są zasadniczo odpowiedzialne za ruch jonów wbrew ich gradientowi stężeń, wykorzystując energię uwolnioną podczas hydrolizy ATP..

Wszystkie te pompy mają zwykle w swojej strukturze różne miejsca wiązania z ATP, zwykle po stronie błony, po której znajdują się zwrócone do cytozolu, i zgodnie z tymi miejscami wiązania i tożsamością podjednostek, które je tworzą, istnieją różne typy z bomby przenośniki:

• Pompy klasy „P”, wśród których znajdują się pompy protonowe błony plazmatycznej bakterii, roślin i grzybów; pompy Na + / K + i Ca + 2 błony plazmatycznej wszystkich komórek eukariotycznych itp..
• Pompy klasy „V”, takie jak pompy wakuolarnej błony roślin, grzybów i drożdży; pompy w lizosomach komórek zwierzęcych i pompy w błonie plazmatycznej niektórych komórek kości i nerek.
• Pompy klasy „F”, w tym bakteryjnej błony plazmatycznej, wewnętrznej błony mitochondrialnej i tylakoidalnej błony chloroplastów w komórkach roślinnych.
• Pompy z nadrodziny transporterów „ABC”, w tym transportery aminokwasów, cukrów, peptydów, fosfolipidów, leków lipofilowych i innych cząsteczek w niektórych komórkach bakteryjnych i zwierzęcych.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Nauka o Garland.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M. i Keith Roberts, P. W. (2018). Biologia molekularna komórki.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologia komórki molekularnej. Macmillan.
4. Murray, K., Rodwell, V., Bender, D., Botham, K. M., Weil, P. A., & Kennelly, P. J. (2009). Ilustrowana biochemia Harpera. 28 (str. 588). Nowy Jork: McGraw-Hill.
5. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.