Biologi jeg

Aktiv transport mekanismer krever bruk av cellenes energi, vanligvis i form av adenosintrifosfat (ATP). Hvis et stoff som må flytte til cellen mot sin konsentrasjon gradient—som, dersom konsentrasjonen av stoffet inne i cellen er større enn dens konsentrasjon i den ekstracellulære væsken (og vice versa)—cellen må bruke energi for å flytte stoffet. Noen aktiv transport mekanismer flytte små-molekylære vekten materialer, slik som ioner, gjennom membranen. Andre mekanismer for transport mye større molekyler.,

Elektrokjemisk Gradient

Vi har diskutert enkel konsentrasjon graderinger—differensial konsentrasjoner av et stoff på tvers av en plass eller en membran—men i levende systemer, graderinger er mer komplekse. Fordi ionene bevege seg inn og ut av cellene og fordi cellene inneholder proteiner som ikke flytter over membranen og er for det meste negativt ladet, det er også en elektrisk gradient, en forskjell på lade, på tvers av plasma membran., Det indre av levende celler er elektrisk negative med hensyn til den ekstracellulære væsken som de er badet, og på samme tid, celler har høyere konsentrasjoner av kalium (K+) og lavere konsentrasjoner av natrium (Na+) enn ikke den ekstracellulære væsken. Så i en levende celle, konsentrasjonen gradient av Na+ har en tendens til å kjøre den inn i cellen, og den elektriske gradienten av Na+ (et positivt ion) som også har en tendens til å kjøre innover til den negativt ladede interiør. Situasjonen er mer kompleks, men for andre elementer som kalium., Den elektriske gradienten av K+, et positivt ion, også har en tendens til å kjøre den inn i cellen, men konsentrasjonen gradient av K+ har en tendens til å drive K+ ut av cellen (Figur 1). Den kombinerte gradient av konsentrasjon og elektrisk ladning som påvirker et ion er kalt sin elektrokjemiske gradienten.

Praksis

Figur 1. Elektrokjemiske graderinger oppstå fra den kombinerte effekten av konsentrasjon graderinger og elektrisk graderinger., (credit: «Synaptitude»/Wikimedia Commons)

Injeksjon av et kalium-løsning i en persons blod er dødelig, og dette er brukt i hovedstaden straff og eutanasi. Hvorfor tror du en kalium løsning injeksjon er dødelig?

Vis Svaret

Celler vanligvis har en høy konsentrasjon av kalium i cytoplasma og er badet i en høy konsentrasjon av natrium. Injeksjon av kalium forsvinner dette elektrokjemisk gradient., I hjertemuskelen, natrium/kalium potensialet er ansvarlig for overføring av signalet at det fører til at muskelen til å inngå kontrakt. Når dette potensialet er borte, kan signalet ikke overføres, og hjertet slutter å slå. Kalium injeksjoner er også brukt til å stoppe den fra hjertet slo under operasjonen.

Beveger seg Mot en Gradient

for Å flytte stoffer mot en konsentrasjon eller elektrokjemisk gradient, cellen må bruke energi. Denne energien er høstet fra ATP som er generert gjennom cellens metabolisme., Aktiv transport mekanismer, samlet kalt pumper, arbeid mot elektrokjemiske graderinger. Små stoffer stadig passere gjennom plasma-membraner. Aktiv transport opprettholder konsentrasjoner av ioner og andre stoffer som trengs av levende celler i møte med disse passive bevegelser. Mye av en celle tilførsel av metabolsk energi kan brukes til å opprettholde disse prosessene. (De fleste av røde blodlegemer er metabolsk energi brukes til å opprettholde ubalanse mellom eksteriør og interiør natrium og kalium som kreves av cellen.,) Fordi aktiv transport mekanismer avhenger av cellens metabolisme for energi, de er følsomme for mange metabolske gifter som kan forstyrre forsyning av ATP.

To mekanismer som finnes for transport av små-molekylære vekten materiale og små molekyler. Primære aktiv transport ioner beveger seg over en membran og skaper en forskjell i kostnad over at membranen, og som er direkte avhengige av ATP. Sekundær aktiv transport beskriver bevegelsen av materiale som er på grunn av den elektrokjemiske gradienten etablert av primære aktiv transport som ikke direkte krever ATP.,

Transportøren Proteiner for Aktiv Transport

En viktig membran tilpasning for aktiv transport er tilstedeværelsen av spesifikke carrier protein, eller pumper for å legge til rette bevegelse: det er tre typer av disse proteiner eller transportører (Figur 2). En uniporter bærer en bestemt ion-eller molekyl. En symporter bærer to forskjellige ioner eller molekyler, begge i samme retning. En antiporter også bærer to forskjellige ioner eller molekyler, men i forskjellige retninger. Alle disse transportører kan også transport små, ladet organiske molekyler som glukose., Disse tre typene av transportør proteiner er også funnet i fasilitert diffusjon, men at de ikke krever ATP til å arbeide i denne prosessen. Noen eksempler på pumper for aktiv transport er Na+–K+ ATPase, som bærer natrium og kalium ioner, og H+–K+ ATPase, som bærer hydrogen og kalium-ioner. Begge disse er antiporter transportøren proteiner. To andre transportøren proteiner er Ca2+ ATPase og H+ ATPase, som bærer bare kalsium og bare hydrogen ioner, henholdsvis. Begge pumpene.

Figur 2. En uniporter bærer ett molekyl eller ion., En symporter bærer to forskjellige molekyler eller ioner, begge i samme retning. En antiporter også bærer to forskjellige molekyler eller ioner, men i forskjellige retninger. (credit: endring av arbeid med «Lupask»/Wikimedia Commons)

Primære Aktiv Transport

Den primære aktiv transport som fungerer med aktiv transport av natrium og kalium lar aktiv sekundær transport med å skje. Den andre transport metoden er fortsatt betraktet som aktiv fordi det avhenger av bruken av energi som gjør primær transport (Figur 3).,

Figur 3. Primære aktiv transport ioner beveger seg på tvers av en membran, og skaper en elektrokjemisk gradient (electrogenic transport). (credit: endring av arbeid av Mariana Ruiz Villareal)

En av de viktigste pumper i dyr celler er natrium-kalium pumpe (Na+-K+ ATPase), som opprettholder den elektrokjemiske gradienten (og riktige konsentrasjoner av Na+ og K+) i levende celler., Natrium-kalium pumpe flytter K+ inn i cellen mens du flytter Na+ ut på samme tid, med et forhold på tre Na+ for hver to K+ ioner flyttet inn. Na+-K+ ATPase finnes i to former, avhengig av sin orientering til innsiden eller utsiden av cellen og dens affinitet for enten natrium eller kalium-ioner. Prosessen består av følgende seks trinn.

1. Med enzymet er orientert mot det indre av cellen, transportøren har en høy affinitet for natrium ioner. Tre ioner binder seg til proteinet.,
2. ATP er av hydrolysert protein carrier og en lav-energi fosfat konsernet legger til det.
3. Som et resultat, flyselskapet endrer form og re-orients seg mot utsiden av membranen. Protein er affinitet for natrium synker og tre natrium ioner la transportøren.
4. formen endre øker operatørens affinitet for kalium-ioner, og to slike ionene fester seg til protein. Senere, lav-energi fosfat gruppe løsner fra transportøren.,
5. Med fosfat gruppe fjernet og kalium ioner vedlagt, carrier protein for å reposisjonere seg mot det indre av cellen.
6. carrier protein, i sin nye konfigurasjonen, har en redusert affinitet for kalium, og de to ionene er sluppet ut i cytoplasma. Protein har nå en høyere affinitet for natrium ioner, og prosessen starter på nytt.

Flere ting har skjedd som et resultat av denne prosessen. På dette punktet, det er mer natrium ioner utenfor cellen enn på innsiden og mer kalium-ioner inne enn ute., For hver tre av natrium ioner som flytter ut, to ioner av kalium flytte inn. Dette resulterer i interiøret blir litt mer negative i forhold til utsiden. Denne forskjellen i kostnad er viktig i å skape de nødvendige betingelsene for sekundær prosess. Natrium-kalium pumpen er derfor et electrogenic pumpe (en pumpe som skaper en kostnad ubalanse), og skaper en elektrisk ubalanse over membranen og bidra til membran potensial.,

Aktiv Sekundær Transport (Co-transport)

aktiv Sekundær transport bringer natrium-ioner, og muligens andre forbindelser, inn i cellen. Som natrium-ion-konsentrasjoner bygge utsiden av plasma membran på grunn av handlingen for det primære aktiv transport prosess, en elektrokjemisk gradient er opprettet. Hvis en kanal protein som finnes, og er åpen, natrium ioner vil trekkes gjennom membranen. Denne bevegelsen er brukt til transport av andre stoffer som kan feste seg til transport protein gjennom membranen (Figur 4)., Mange aminosyrer, samt glukose, skriver du inn en celle på denne måten. Dette sekundær prosess er også brukt til å lagre høy-energi hydrogen ioner i mitokondriene av planter og dyr celler til produksjon av ATP. Den potensielle energien som akkumuleres i lagret hydrogen ioner er oversatt til kinetisk energi som ioner bølge gjennom kanalen protein ATP syntase, og at energien brukes til å konvertere ADP til ATP.

Praksis

Figur 4., En elektrokjemisk gradient, skapt av primære aktiv transport, kan flytte andre stoffer mot sin konsentrasjon graderinger, en prosess som kalles » co-transport eller aktiv sekundær transport. (credit: endring av arbeid av Mariana Ruiz Villareal)

Vis Svaret

En nedgang i pH betyr en økning i positivt ladet H+ – ioner, og en økning i elektrisk gradient over membranen. Transport av aminosyrer inn i cellen vil øke.

Sjekk Din Forståelse

Svar på spørsmålet(s) nedenfor for å se hvor godt du forstår emnene som er nevnt i forrige avsnitt. Denne korte quiz teller ikke på karakteren i klassen, og du kan ta det til et ubegrenset antall ganger.

Bruk denne quizen for å sjekke din forståelse og avgjøre om (1) å studere forrige avsnitt ytterligere eller (2) å gå videre til neste avsnitt.