Rozdíl mezi osmózou a aktivním transportem

Buňka má mnoho požadavků, aby mohla růst a množit se, a dokonce i buňky, které aktivně nerostou nebo se nekopírují, vyžadují, aby živiny z prostředí fungovaly. Mnoho požadavků na buňky jsou molekuly, které lze nalézt mimo buňku, včetně vody, cukrů, vitamínů a bílkovin.

Buněčná membrána má důležité ochranné a strukturální funkce a působí tak, že udržuje buněčný obsah odděleně od vnějšího prostředí. Lipidová dvojvrstva buněčné membrány je složena z fosfolipidů, které mají hydrofobní (olej rozpustné, „vodní strach“) ocasy, které tvoří bariéru pro mnoho solutů a molekul v prostředí. Tato vlastnost buněčné membrány umožňuje, aby se vnitřní prostředí buňky lišilo od vnějšího prostředí, ale také působí jako hlavní překážka pro odebírání určitých molekul z prostředí a vylučování odpadu.

Lipidová dvojvrstva však nepředstavuje problém pro všechny molekuly. Hydrofobní (nebo v oleji rozpustné) nepolární molekuly se mohou volně šířit buněčnou membránou bez omezení. Tato třída molekul zahrnuje plyny, jako je kyslík (O2), oxid uhličitý (CO2) a oxid dusnatý (NO). Větší hydrofobní organické molekuly mohou také procházet plazmatickou membránou, včetně určitých hormonů (jako je estrogen) a vitamínů (jako je vitamin D). Malé polární molekuly (včetně vody) jsou lipidovou dvojvrstvou částečně bráněny, ale stále mohou projít.

U molekul, které mohou volně procházet buněčnou membránou, závisí na jejich koncentraci, zda cestují do nebo z buňky. Nazývá se tendence molekul pohybovat se podle jejich koncentračního gradientu (tj. Od vyšší koncentrace do nižší koncentrace) difúze. To znamená, že molekuly vytékají z buňky, pokud je uvnitř buňky více než venku. Podobně, pokud je více mimo buňku, molekuly budou do buňky proudit, dokud nebude dosaženo rovnováhy. Zvažte například svalovou buňku. Během cvičení přeměňuje buňka O2 na CO2. Když okysličená krev vstupuje do svalu, O2 putuje z místa, kde je vyšší koncentrace (v krvi), kde je nižší (ve svalových buňkách). Současně CO2 putuje ze svalových buněk (kde je vyšší) do krve (kde je nižší). Difúze nevyžaduje energetické výdaje. Difúzi vody se říká zvláštní název, osmóza.

Pro větší polární molekuly a jakékoli nabité molekuly je vstup a výstup z buňky obtížnější, protože nemohou procházet lipidovou dvojvrstvou. Tato třída molekul zahrnuje ionty, cukry, aminokyseliny (stavební bloky proteinů) a mnoho dalších věcí, které buňka potřebuje, aby přežila a fungovala. K vyřešení tohoto problému má buňka transportní proteiny, které umožňují těmto molekulám pohybovat se do a ven z buňky. Tyto transportní proteiny tvoří 15-30% proteinů v buněčné membráně.

Transportní proteiny přicházejí v několika tvarech a velikostech, ale všechny procházejí lipidovou dvojvrstvou a každý transportní protein má specifický typ molekuly, kterou transportuje. Existují nosné proteiny (které jsou také známé jako transportéry nebo permeasy), které se vážou na solut nebo molekulu na jedné straně membrány a transportují ji na druhou stranu membrány. Druhá třída transportních proteinů zahrnuje kanálové proteiny. Kanálové proteiny vytvářejí v membráně hydrofilní („milující vodu“) otvory, které umožňují protékání polárních nebo nabitých molekul. Oba kanálové proteiny a nosné proteiny usnadňují transport jak do, tak z buňky.

Molekuly se mohou pohybovat transportními proteiny z vysoké koncentrace do nižší koncentrace. Tento proces se nazývá pasivní transport nebo usnadněná difúze. Je to podobné difúze nepolárních molekul nebo vody přímo přes lipidovou dvojvrstvu, kromě toho, že vyžaduje transportní proteiny.

Někdy buňka potřebuje věci z prostředí, které jsou přítomny ve velmi nízké koncentraci mimo buňku. Alternativně může buňka vyžadovat extrémně nízké koncentrace určitého solutu uvnitř buňky. Zatímco difúze by umožnila, aby se koncentrace uvnitř a vně buňky pohybovaly směrem k rovnováze, proces se nazývá aktivní transport pomáhá koncentrovat solut nebo molekulu uvnitř nebo vně buňky. Aktivní transport vyžaduje energetické výdaje k přesunu molekuly proti jejímu koncentračnímu gradientu. V eukaryotických buňkách existují dvě hlavní formy aktivního transportu. První typ se skládá z čerpadel poháněných ATP. Tyto pumpy používají ATP hydrolýzu k transportu určité třídy solutů nebo molekul přes membránu a koncentrují ji buď uvnitř, nebo z buňky. Druhý typ (nazývaný kotransportéry) spojuje transport jedné molekuly proti jejím koncentračnímu gradientu (od nízké k vysoké) s transportem druhé molekuly po její koncentrační gradient (od vysoké k nízké).

Buňky také používají aktivní transport k udržení správné koncentrace iontů. Koncentrace iontů je velmi důležitá pro elektrické vlastnosti buňky, regulující množství vody v buňkách a další důležité funkce iontů. Například ionty hořčíku (MG2 +) jsou velmi důležité pro mnoho proteinů zapojených do opravy a údržby DNA. Vápník (Ca2 +) je také důležitý v mnoha buněčných procesech a aktivní transport pomáhá udržovat gradient vápníku 1: 10 000. Transport iontů přes lipidovou dvojvrstvu závisí nejen na koncentračním gradientu, ale také na elektrických vlastnostech membrány, kde se odpuzují stejné náboje. ATPáza sodíku a draslíku nebo pumpa Na +-K + udržuje vyšší koncentraci sodíku mimo buňku. V tomto úsilí je spotřebována téměř jedna třetina energetické potřeby buňky. Tento obrovský energetický výdaj pro aktivní transport iontů potvrzuje význam udržování rovnováhy molekul ve správné buněčné funkci.

souhrn

Ósmóza je pasivní difúze vody přes buněčnou membránu a nevyžaduje transportní proteiny. Active transport je pohyb molekul proti jejich koncentračnímu gradientu (od nízké k vysoké koncentraci) nebo proti jejich elektrickému gradientu (směrem k podobnému náboji) a vyžaduje proteinové transportéry a přidanou energii, buď hydrolýzou ATP nebo vazbou na sjezdový transport jiného solutu.