biologi i (Svenska)

aktiva transportmekanismer kräver användning av cellens energi, vanligtvis i form av adenosintrifosfat (ATP). Om ett ämne måste röra sig in i cellen mot dess koncentrationsgradient-det vill säga om koncentrationen av ämnet inuti cellen är större än dess koncentration i den extracellulära vätskan (och vice versa)—måste cellen använda energi för att flytta ämnet. Vissa aktiva transportmekanismer flyttar småmolekylära material, såsom joner, genom membranet. Andra mekanismer transporterar mycket större molekyler.,

elektrokemisk Gradient

Vi har diskuterat enkla koncentrationsgradienter—differentialkoncentrationer av ett ämne över ett utrymme eller ett membran—men i levande system är gradienter mer komplexa. Eftersom joner rör sig in i och ut ur celler och eftersom celler innehåller proteiner som inte rör sig över membranet och mestadels är negativt laddade, finns det också en elektrisk gradient, en skillnad i laddning, över plasmamembranet., Insidan av levande celler är elektriskt negativ med avseende på den extracellulära vätskan i vilken de badas och samtidigt har celler högre koncentrationer av kalium (K+) och lägre koncentrationer av natrium (Na+) än den extracellulära vätskan. Så i en levande cell tenderar koncentrationsgradienten av Na+ att driva den in i cellen, och den elektriska gradienten av Na+ (en positiv jon) tenderar också att driva den inåt till det negativt laddade interiören. Situationen är dock mer komplex för andra element som kalium., Den elektriska gradienten av K+, en positiv jon, tenderar också att driva den in i cellen, men koncentrationsgradienten av K+ tenderar att driva K + ut ur cellen (Figur 1). Den kombinerade gradienten av koncentration och elektrisk laddning som påverkar en jon kallas dess elektrokemiska gradient.

öva

Figur 1. Elektrokemiska gradienter härrör från de kombinerade effekterna av koncentrationsgradienter och elektriska gradienter., (credit: ”Synaptitude” / Wikimedia Commons)

injektion av en kaliumlösning i en persons blod är dödlig; detta används i dödsstraff och eutanasi. Varför tror du att en kaliumlösning injektion är dödlig?

Visa svar

celler har vanligtvis en hög koncentration av kalium i cytoplasman och badas i en hög koncentration av natrium. Injektion av kalium sprider denna elektrokemiska gradient., I hjärtmuskeln är natrium / kaliumpotentialen ansvarig för att överföra signalen som får muskeln att komma i kontakt. När denna potential försvinner, kan signalen inte överföras, och hjärtat slutar slå. Kaliuminjektioner används också för att stoppa hjärtat från att slå under operationen.

rör sig mot en Gradient

för att flytta ämnen mot en koncentration eller elektrokemisk gradient måste cellen använda energi. Denna energi skördas från ATP som genereras genom cellens metabolism., Aktiva transportmekanismer, kollektivt kallade pumpar, arbetar mot elektrokemiska gradienter. Små ämnen passerar ständigt genom plasmamembran. Aktiv transport upprätthåller koncentrationer av joner och andra ämnen som behövs av levande celler inför dessa passiva rörelser. Mycket av en Cells tillförsel av metabolisk energi kan spenderas för att upprätthålla dessa processer. (De flesta av en röd blodcellens metaboliska energi används för att upprätthålla obalansen mellan yttre och inre natrium-och kaliumnivåer som krävs av cellen.,) Eftersom aktiva transportmekanismer beror på en Cells metabolism för energi, är de känsliga för många metaboliska gifter som stör tillförseln av ATP.

det finns två mekanismer för transport av material med liten molekylvikt och små molekyler. Primär aktiv transport rör joner över ett membran och skapar en skillnad i laddning över det membranet, vilket är direkt beroende av ATP. Sekundär aktiv transport beskriver rörelsen av material som beror på den elektrokemiska gradienten som fastställts av primär aktiv transport som inte direkt kräver ATP.,

bärarproteiner för aktiv Transport

en viktig membrananpassning för aktiv transport är närvaron av specifika bärarproteiner eller pumpar för att underlätta rörelse: det finns tre typer av dessa proteiner eller transportörer (Figur 2). En uniporter bär en specifik jon eller molekyl. En symporter bär två olika joner eller molekyler, båda i samma riktning. En antiporter bär också två olika joner eller molekyler, men i olika riktningar. Alla dessa transportörer kan också transportera små, oladdade organiska molekyler som glukos., Dessa tre typer av bärarproteiner finns också i underlättad diffusion, men de kräver inte ATP att arbeta i den processen. Några exempel på pumpar för aktiv transport är Na + – K + ATPas, som bär natrium-och kaliumjoner och H+ – K + ATPas, som bär väte-och kaliumjoner. Båda dessa är antiporterbärarproteiner. Två andra bärarproteiner är Ca2 + ATPas och h + ATPas, som endast bär kalcium respektive endast vätejoner. Båda är pumpar.

Figur 2. En uniporter bär en molekyl eller jon., En symporter bär två olika molekyler eller joner, båda i samma riktning. En antiporter bär också två olika molekyler eller joner, men i olika riktningar. (credit: modification of work by ”Lupask” / Wikimedia Commons)

primär aktiv Transport

den primära aktiva transporten som fungerar med aktiv transport av natrium och kalium tillåter sekundär aktiv transport att inträffa. Den andra transportmetoden anses fortfarande vara aktiv eftersom den beror på användningen av energi, liksom primärtransport (Figur 3).,

Figur 3. Primär aktiv transport rör joner över ett membran, vilket skapar en elektrokemisk gradient (elektrogen transport). (kredit: modifiering av arbetet av Mariana Ruiz Villareal)

en av de viktigaste pumparna i djurceller är natrium-kaliumpumpen (Na+-K+ ATPas), som upprätthåller den elektrokemiska gradienten (och de korrekta koncentrationerna av Na+ och K+) i levande celler., Natrium-kaliumpumpen flyttar K + in i cellen medan du flyttar Na + ut samtidigt, i ett förhållande av tre Na+ för varje två K+ joner flyttade in. Na+ – K + ATPas finns i två former, beroende på dess orientering mot cellens inre eller yttre och dess affinitet för antingen natrium-eller kaliumjoner. Processen består av följande sex steg.

1. med enzymet orienterat mot cellens inre har bäraren en hög affinitet för natriumjoner. Tre joner binder till proteinet.,
2. ATP hydrolyseras av proteinbäraren och en lågenergifosfatgrupp fäster vid den.
3. som ett resultat, bäraren ändrar form och åter orienterar sig mot utsidan av membranet. Proteinets affinitet för natrium minskar och de tre natriumjonerna lämnar bäraren.
4. formförändringen ökar bärarens affinitet för kaliumjoner, och två sådana joner fäster vid proteinet. Därefter lossnar lågenergifosfatgruppen från bäraren.,
5. med fosfatgruppen avlägsnad och kaliumjoner fäst, förflyttar bärarproteinet sig mot cellens inre.
6. bärarproteinet har i sin nya konfiguration en minskad affinitet för kalium och de två jonerna släpps ut i cytoplasman. Proteinet har nu en högre affinitet för natriumjoner, och processen börjar igen.

flera saker har hänt till följd av denna process. Vid denna tidpunkt finns det mer natriumjoner utanför cellen än inuti och mer kaliumjoner inuti än ut., För varje tre joner natrium som rör sig ut, flyttar två joner kalium in. Detta resulterar i att interiören är något mer negativ i förhållande till utsidan. Denna skillnad i laddning är viktig för att skapa de förutsättningar som är nödvändiga för sekundärprocessen. Natrium-kaliumpumpen är därför en elektrogen pump (en pump som skapar en laddningsobalans), vilket skapar en elektrisk obalans över membranet och bidrar till membranpotentialen.,

sekundär aktiv Transport (samtransport)

sekundär aktiv transport ger natriumjoner, och eventuellt andra föreningar, in i cellen. Eftersom natriumjonkoncentrationer byggs utanför plasmamembranet på grund av verkan av den primära aktiva transportprocessen skapas en elektrokemisk gradient. Om ett kanalprotein finns och är öppet, kommer natriumjonerna att dras genom membranet. Denna rörelse används för att transportera andra ämnen som kan fästa sig vid transportproteinet genom membranet (Figur 4)., Många aminosyror, liksom glukos, går in i en cell på detta sätt. Denna sekundära process används också för att lagra vätejoner med hög energi i mitokondrierna hos växt-och djurceller för produktion av ATP. Den potentiella energin som ackumuleras i de lagrade vätejonerna översätts till kinetisk energi när jonerna stiger genom KANALPROTEINET ATP-syntas och den energin används för att omvandla ADP till ATP.

öva

Figur 4., En elektrokemisk gradient, skapad av primär aktiv transport, kan flytta andra ämnen mot deras koncentrationsgradienter, en process som kallas samtransport eller sekundär aktiv transport. (credit: modification of work by Mariana Ruiz Villareal)

Visa svar

en minskning av pH innebär en ökning av positivt laddade H+ joner och en ökning av den elektriska gradienten över membranet. Transporten av aminosyror i cellen kommer att öka.

kontrollera din förståelse

svara på frågan nedan för att se hur bra du förstår de ämnen som omfattas av föregående avsnitt. Denna korta frågesport räknas inte mot din klass i klassen, och du kan återta det ett obegränsat antal gånger.

använd denna frågesport för att kontrollera din förståelse och bestämma om (1) studera föregående avsnitt ytterligare eller (2) gå vidare till nästa avsnitt.