mecanismele de transport activ necesită utilizarea energiei celulei, de obicei sub formă de adenozin trifosfat (ATP). Dacă o substanță trebuie să se deplaseze în celulă împotriva gradientului său de concentrație—adică dacă concentrația substanței din interiorul celulei este mai mare decât concentrația sa în fluidul extracelular (și invers)—celula trebuie să utilizeze energie pentru a muta substanța. Unele mecanisme de transport active deplasează materiale cu greutate moleculară mică, cum ar fi ionii, prin membrană. Alte mecanisme transportă molecule mult mai mari.,
gradientul electrochimic
am discutat despre gradienții de concentrație simpli—concentrațiile diferențiale ale unei substanțe într—un spațiu sau o membrană-dar în sistemele vii, gradienții sunt mai complexi. Deoarece ionii se deplasează în și din celule și deoarece celulele conțin proteine care nu se mișcă pe membrană și sunt în mare parte încărcate negativ, există și un gradient electric, o diferență de sarcină, pe membrana plasmatică., Interiorul celulelor vii este electric negativ cu privire la lichidul extracelular în care sunt scăldate, și, în același timp, celulele au concentrații mai ridicate de potasiu (K+) și concentrații mai mici de sodiu (Na+) decât lichidul extracelular. Deci, într-o celulă vie, gradientul de concentrație al Na+ tinde să-l conducă în celulă, iar gradientul electric al Na+ (un ion pozitiv) tinde, de asemenea, să-l conducă spre interior spre interiorul încărcat negativ. Cu toate acestea, situația este mai complexă pentru alte elemente, cum ar fi potasiul., Gradientul electric al lui K+, un ion pozitiv, tinde, de asemenea, să-l conducă în celulă, dar gradientul de concentrație al lui K+ tinde să scoată K+ din celulă (Figura 1). Gradientul combinat de concentrație și sarcină electrică care afectează un ion se numește gradientul său electrochimic.
Practica
Figura 1. Gradienții electrochimici apar din efectele combinate ale gradienților de concentrație și ale gradienților electrici., (credit: „Synaptitude”/Wikimedia Commons)
injectarea unei soluții de potasiu în sângele unei persoane este letală; aceasta este folosită în pedeapsa capitală și eutanasie. De ce credeți că o injecție cu soluție de potasiu este letală?
Arată Răspunsul
Celulele au de obicei o concentrație mare de potasiu în citoplasmă și sunt scăldate într-o concentrație mare de sodiu. Injectarea de potasiu disipează acest gradient electrochimic., În mușchiul cardiac, potențialul de sodiu / potasiu este responsabil pentru transmiterea semnalului care determină contractarea mușchiului. Când acest potențial este disipat, semnalul nu poate fi transmis și inima nu mai bate. Injecțiile de potasiu sunt, de asemenea, utilizate pentru a opri bătăile inimii în timpul intervenției chirurgicale.pentru a muta substanțele împotriva unei concentrații sau a unui gradient electrochimic, celula trebuie să utilizeze energie. Această energie este recoltată din ATP generată prin metabolismul celulei., Mecanismele active de transport, denumite colectiv pompe, funcționează împotriva gradienților electrochimici. Substanțele mici trec constant prin membranele plasmatice. Transportul activ menține concentrațiile de ioni și alte substanțe necesare celulelor vii în fața acestor mișcări pasive. O mare parte din aprovizionarea cu energie metabolică a unei celule poate fi cheltuită pentru menținerea acestor procese. (Cea mai mare parte a energiei metabolice a unei celule roșii din sânge este utilizată pentru a menține dezechilibrul dintre nivelurile exterioare și interioare de sodiu și potasiu cerute de celulă., Deoarece mecanismele active de transport depind de metabolismul unei celule pentru energie, ele sunt sensibile la multe otrăvuri metabolice care interferează cu furnizarea de ATP.există două mecanisme pentru transportul materialului cu greutate moleculară mică și a moleculelor mici. Transportul activ primar deplasează ionii pe o membrană și creează o diferență de încărcare pe acea membrană, care depinde direct de ATP. Transportul activ secundar descrie mișcarea materialului care se datorează gradientului electrochimic stabilit de transportul activ primar care nu necesită în mod direct ATP.,proteine purtătoare pentru transportul activ o adaptare importantă a membranei pentru transportul activ este prezența proteinelor purtătoare specifice sau a pompelor pentru a facilita mișcarea: există trei tipuri de proteine sau transportoare (Figura 2). Un uniporter poartă un ion sau o moleculă specifică. Un symporter poartă doi ioni sau molecule diferite, ambele în aceeași direcție. Un antiporter poartă, de asemenea, doi ioni sau molecule diferite, dar în direcții diferite. Toți acești transportatori pot transporta, de asemenea, molecule organice mici, neîncărcate, cum ar fi glucoza., Aceste trei tipuri de proteine purtătoare se găsesc și în difuzia facilitată, dar nu necesită ATP pentru a lucra în acest proces. Câteva exemple de pompe pentru transportul activ sunt Na + – K + ATPaza, care transportă ioni de sodiu și potasiu și H+–K+ ATPaza, care transportă ioni de hidrogen și potasiu. Ambele sunt proteine purtătoare antiporterice. Alte două proteine purtătoare sunt Ca2 + ATPaza și H + ATPaza, care transportă numai calciu și, respectiv, numai ioni de hidrogen. Ambele sunt pompe.
Figura 2. Un uniporter poartă o moleculă sau un ion., Un symporter poartă două molecule sau ioni diferiți, ambele în aceeași direcție. Un antiporter poartă, de asemenea, două molecule sau ioni diferiți, dar în direcții diferite. (credit: modificarea muncii prin”Lupask” /Wikimedia Commons)
transport activ primar
transportul activ primar care funcționează cu transportul activ de sodiu și potasiu permite transportul activ secundar să aibă loc. A doua metodă de transport este încă considerată activă, deoarece depinde de utilizarea energiei, la fel ca și transportul primar (Figura 3).,
Figura 3. Transportul activ primar deplasează ionii pe o membrană, creând un gradient electrochimic (transport electrogen). una dintre cele mai importante Pompe din celulele animale este pompa de sodiu-potasiu (Na+-K+ ATPase), care menține gradientul electrochimic (și concentrațiile corecte de Na+ și K+) în celulele vii., Pompa sodiu-potasiu mută K+ în celulă în timp ce se deplasează Na+ afară în același timp, la un raport de trei Na+ pentru fiecare doi ioni K+ mutați. ATPaza Na + – K + există în două forme, în funcție de orientarea sa către interiorul sau exteriorul celulei și de afinitatea sa pentru ionii de sodiu sau de potasiu. Procesul constă în următoarele șase etape.cu enzima orientată spre interiorul celulei, purtătorul are o afinitate ridicată pentru ionii de sodiu. Trei ioni se leagă de proteină.,
ATP este hidrolizat de purtătorul de proteine și se atașează o grupare fosfat cu energie scăzută.ca urmare, purtătorul își schimbă forma și se orientează din nou spre exteriorul membranei. Afinitatea proteinei pentru sodiu scade și cei trei ioni de sodiu părăsesc purtătorul.
schimbarea formei crește afinitatea purtătorului pentru ionii de potasiu și doi astfel de ioni se atașează la proteină. Ulterior, grupul fosfat cu energie redusă se detașează de purtător.,
cu grupul fosfat îndepărtat și ionii de potasiu atașați, proteina purtătoare se repoziționează spre interiorul celulei.
proteina purtătoare, în noua sa configurație, are o afinitate scăzută pentru potasiu, iar cei doi ioni sunt eliberați în citoplasmă. Proteina are acum o afinitate mai mare pentru ionii de sodiu, iar procesul începe din nou.mai multe lucruri s-au întâmplat ca urmare a acestui proces. În acest moment, există mai mulți ioni de sodiu în afara celulei decât în interior și mai mulți ioni de potasiu în interior decât în exterior., Pentru fiecare trei ioni de sodiu care se mișcă, doi ioni de potasiu se mișcă. Acest lucru are ca rezultat faptul că interiorul este puțin mai negativ față de exterior. Această diferență de sarcină este importantă în crearea condițiilor necesare procesului secundar. Pompa sodiu-potasiu este, prin urmare, o pompă electrogenică (o pompă care creează un dezechilibru de încărcare), creând un dezechilibru electric pe membrană și contribuind la potențialul membranei.,transportul secundar activ (Co-transport)
transportul secundar activ aduce ioni de sodiu și, eventual, alți compuși, în celulă. Deoarece concentrațiile de ioni de sodiu se construiesc în afara membranei plasmatice datorită acțiunii procesului primar de transport activ, se creează un gradient electrochimic. Dacă există o proteină de canal și este deschisă, ionii de sodiu vor fi trași prin membrană. Această mișcare este utilizată pentru a transporta alte substanțe care se pot atașa de proteina de transport prin membrană (Figura 4)., Mulți aminoacizi, precum și glucoza, intră într-o celulă în acest fel. Acest proces secundar este, de asemenea, utilizat pentru a stoca ioni de hidrogen de mare energie în mitocondriile celulelor vegetale și animale pentru producerea de ATP. Energia potențială care se acumulează în ionii de hidrogen stocate este tradus în energie cinetică ca ionii val prin canalul proteinei ATP sintaza, și că energia este utilizată pentru a converti ADP în ATP.
Practica
Figura 4., Un gradient electrochimic, creat de transportul activ primar, poate muta alte substanțe împotriva gradienților lor de concentrație, un proces numit co-transport sau transport activ secundar. (credit: modificarea de muncă de către Mariana Ruiz Villareal)
Arată Răspunsul
O scădere a pH-ului înseamnă o creștere încărcat pozitiv ioni H+, și o creștere în gradient electric de-a lungul membranei. Transportul aminoacizilor în celulă va crește.
Transport activ: în rezumat
energia este necesară.,transportul activ primar (ATP este „forța motrice”).
transport secundar activ (energia este asigurată de un gradient electrochimic).
verificați înțelegerea
răspundeți la întrebarea(întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru gradul dvs. în clasă și îl puteți relua de nenumărate ori.
utilizați acest test pentru a verifica înțelegerea dvs. și decideți dacă (1) studiați secțiunea anterioară mai departe sau (2) Treceți la secțiunea următoare.
