Biológia i (Magyar)

az aktív transzportmechanizmusok a sejt energiájának felhasználását igénylik, általában adenozin-trifoszfát (ATP) formájában. Ha egy anyagnak koncentrációs gradiensével szemben be kell lépnie a sejtbe—vagyis ha az anyag koncentrációja a sejt belsejében nagyobb, mint az extracelluláris folyadékban (és fordítva) lévő koncentrációja—a sejtnek energiát kell felhasználnia az anyag mozgatásához. Néhány aktív szállítási mechanizmus kis molekulatömegű anyagokat, például ionokat mozgat a membránon keresztül. Más mechanizmusok sokkal nagyobb molekulákat szállítanak.,

elektrokémiai gradiens

megbeszéltük az egyszerű koncentrációs gradienseket—egy anyag differenciálkoncentrációját egy térben vagy egy membránon—, de az élő rendszerekben a gradiensek összetettebbek. Mivel az ionok a sejtekbe és onnan kerülnek, és mivel a sejtek olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek nem mozognak át a membránon, és többnyire negatív töltésűek, van egy elektromos gradiens, a töltés különbsége a plazmamembránon keresztül., Az élő sejtek belseje elektromosan negatív az extracelluláris folyadékhoz képest, amelyben fürdenek, ugyanakkor a sejtek magasabb káliumkoncentrációval (k+) és alacsonyabb nátriumkoncentrációval (Na+) rendelkeznek, mint az extracelluláris folyadék. Tehát egy élő sejtben a Na + koncentrációs gradiense hajlamos a sejtbe vezetni, és a Na+ (pozitív ion) elektromos gradiense is hajlamos befelé vezetni a negatív töltésű belső térbe. A helyzet azonban bonyolultabb más elemek, például a kálium esetében., A K+ elektromos gradiense, egy pozitív ion, szintén hajlamos a sejtbe vezetni, de a K + koncentrációs gradiense hajlamos K+ – ot kihajtani a cellából (1.ábra). Az iont befolyásoló koncentráció és elektromos töltés együttes gradiensét elektrokémiai gradiensnek nevezzük.

1.ábra. Az elektrokémiai gradiensek a koncentrációs gradiensek és az elektromos gradiensek együttes hatásaiból adódnak., (credit: “Synaptitude” / Wikimedia Commons)

a kálium-oldat emberi vérbe történő befecskendezése halálos; Ezt alkalmazzák halálbüntetés és eutanázia esetén. Ön szerint miért halálos a kálium-oldatos injekció?

válasz megjelenítése

a sejtek jellemzően magas káliumkoncentrációval rendelkeznek a citoplazmában, és nagy koncentrációjú nátriumban fürdik. A kálium befecskendezése eloszlatja ezt az elektrokémiai gradienst., A szívizomban a nátrium / kálium potenciál felelős az izom összehúzódását okozó jel továbbításáért. Amikor ez a potenciál eloszlik, a jelet nem lehet továbbítani,és a szív megáll. A kálium injekciókat arra is használják, hogy megakadályozzák a szív verését a műtét során.

egy gradiens ellen mozogva

ahhoz, hogy az anyagokat koncentráció vagy elektrokémiai gradiens ellen mozgassa, a cellának energiát kell használnia. Ezt az energiát a sejt anyagcseréjén keresztül előállított ATP-ből nyerik., Az aktív szállítási mechanizmusok, amelyeket együttesen szivattyúknak neveznek, az elektrokémiai gradiensek ellen működnek. A kis anyagok folyamatosan áthaladnak a plazmamembránokon. Az aktív transzport fenntartja az ionok és egyéb anyagok koncentrációját, amelyek az élő sejtek számára szükségesek ezen passzív mozgásokkal szemben. A sejt metabolikus energiaellátásának nagy részét el lehet költeni ezeknek a folyamatoknak a fenntartására. (A vörösvértestek metabolikus energiájának nagy részét arra használják, hogy fenntartsák a sejt által megkövetelt külső és belső nátrium-és káliumszint közötti egyensúlyhiányt.,) Mivel az aktív szállítási mechanizmusok a sejt energiaanyagcseréjétől függenek, érzékenyek sok olyan metabolikus mérgre, amelyek zavarják az ATP ellátását.

két mechanizmus létezik kis molekulatömegű anyagok és kis molekulák szállítására. Az elsődleges aktív transzport az ionokat egy membránon keresztül mozgatja, és a membránon keresztül töltöttségi különbséget hoz létre, amely közvetlenül függ az ATP-től. A másodlagos aktív szállítás az anyag mozgását írja le, amely az elsődleges aktív transzport által létrehozott elektrokémiai gradiensnek köszönhető, amely nem igényel közvetlenül ATP-t.,

hordozófehérjék az aktív szállításhoz

az aktív szállításhoz fontos membránadaptáció specifikus hordozófehérjék vagy szivattyúk jelenléte a mozgás megkönnyítése érdekében: ezeknek a fehérjéknek vagy transzportereknek három típusa van (2.ábra). Egy uniporter hordoz egy adott ion vagy molekula. A symporter két különböző iont vagy molekulát hordoz, mindkettő ugyanabban az irányban. Az antiporter két különböző iont vagy molekulát is hordoz, de különböző irányokban. Mindezek a transzporterek kis, nem töltött szerves molekulákat, például glükózt is szállíthatnak., Ez a három típusú hordozófehérje szintén megtalálható a megkönnyített diffúzióban, de nem igényelnek ATP-t ebben a folyamatban. Az aktív szállításra szolgáló szivattyúk közé tartozik például a nátrium–és káliumionokat hordozó Na+–K+ ATPáz, valamint a hidrogén-és káliumionokat hordozó H+ – K+ ATPáz. Mindkettő antiporter hordozó fehérje. Két másik hordozófehérje a Ca2 + ATPáz és a H + ATPáz, amelyek csak kalciumot, illetve csak hidrogénionokat hordoznak. Mindkettő szivattyú.

2.ábra. Az uniporter egy molekulát vagy iont hordoz., A symporter két különböző molekulát vagy iont hordoz, mindkettő ugyanabban az irányban. Az antiporter két különböző molekulát vagy iont is hordoz, de különböző irányokban. (hitel: a “Lupask”/Wikimedia Commons munkájának módosítása)

elsődleges aktív transzport

az elsődleges aktív transzport, amely a nátrium és kálium aktív transzportjával működik, lehetővé teszi a másodlagos aktív transzport kialakulását. A második szállítási módszert továbbra is aktívnak tekintik, mivel az az energia felhasználásától függ, mint az elsődleges szállítás (3.ábra).,

3.ábra. Az elsődleges aktív transzport az ionokat egy membránon keresztül mozgatja, elektrokémiai gradienst (elektrogén transzport) hozva létre. (hitel: Mariana Ruiz Villareal munkájának módosítása)

az állatok sejtjeinek egyik legfontosabb szivattyúja a nátrium-kálium szivattyú (Na+-K+ ATPase), amely fenntartja az élő sejtekben az elektrokémiai gradienst (és a Na+ és K+ megfelelő koncentrációját)., A nátrium-kálium szivattyú mozog K+ a sejtbe, miközben mozog Na+ ki ugyanabban az időben, arányban három Na+ minden két K+ ionok költözött. A Na + – K + ATPáz kétféle formában létezik, attól függően, hogy a sejt belsejébe vagy külső részébe irányul-e, valamint hogy affinitása van-e nátrium-vagy káliumionokhoz. A folyamat a következő hat lépésből áll.

1. a sejt belseje felé orientált enzimmel a hordozó nagy affinitással rendelkezik a nátriumionokhoz. Három Ion kötődik a fehérjéhez.,
2. az ATP-t a fehérjehordozó hidrolizálja, és egy alacsony energiájú foszfátcsoport kötődik hozzá.
3. ennek eredményeként a hordozó alakja megváltozik, és a membrán külső része felé orientálódik. A fehérje nátriumhoz való affinitása csökken, és a három nátriumion elhagyja a hordozót.
4. az alakváltozás növeli a hordozó káliumionok iránti affinitását, és két ilyen iont köt a fehérjéhez. Ezt követően az alacsony energiájú foszfátcsoport leválik a hordozóról.,
5. a foszfátcsoport eltávolításával és a káliumionok összekapcsolásával a hordozófehérje a sejt belsejébe kerül.
6. a hordozófehérje új konfigurációjában csökkent affinitással rendelkezik a káliumhoz, és a két ion felszabadul a citoplazmába. A fehérje most már nagyobb affinitással rendelkezik a nátriumionokkal szemben, és a folyamat újra megkezdődik.

Több dolog történt ennek a folyamatnak a eredményeként. Ezen a ponton több nátriumion van a sejten kívül, mint belül, és több káliumion van benne, mint kívül., Minden három Ion nátrium, hogy kiköltözik, két ionok kálium beköltözik. Ez azt eredményezi, hogy a belső tér kissé negatívabb a külsőhöz képest. Ez a díjkülönbség fontos a másodlagos folyamathoz szükséges feltételek megteremtésében. A nátrium-kálium szivattyú tehát egy elektrogén szivattyú (olyan szivattyú, amely töltési egyensúlyhiányt okoz), ami elektromos egyensúlyhiányt okoz a membránon keresztül, és hozzájárul a membránpotenciálhoz.,

másodlagos aktív transzport (Co-transport)

a másodlagos aktív transzport nátriumionokat, esetleg más vegyületeket hoz a sejtbe. Mivel a nátrium-ion koncentrációk a plazmamembránon kívül helyezkednek el az elsődleges aktív szállítási folyamat hatása miatt, elektrokémiai gradiens jön létre. Ha egy csatornafehérje létezik és nyitva van, a nátriumionok a membránon keresztül húzódnak. Ezt a mozgást olyan anyagok szállítására használják, amelyek a membránon keresztül kapcsolódhatnak a transzportfehérjéhez (4.ábra)., Sok aminosav, valamint a glükóz ilyen módon lép be egy sejtbe. Ezt a másodlagos folyamatot nagy energiájú hidrogénionok tárolására is használják a növényi és állati sejtek mitokondriumaiban az ATP előállításához. A potenciális energia halmozódik fel a tárolt hidrogén ionok lefordították kinetikus energiát, mint az ionok túlfeszültség át a csatornán fehérje ATP szintáz, hogy energiát felhasználni, hogy ADP be ATP.

4.ábra., Az elsődleges aktív transzport által létrehozott elektrokémiai gradiens más anyagokat is mozgathat koncentráció-gradienseik ellen, egy olyan folyamat, amelyet társszállításnak vagy másodlagos aktív szállításnak neveznek. (hitel: Mariana Ruiz Villareal munkájának módosítása)

válasz megjelenítése

a pH csökkenése a pozitív töltésű H+ ionok növekedését, valamint a membránon keresztüli elektromos gradiens növekedését jelenti. Az aminosavak szállítása a sejtbe növekedni fog.