Atšķirība starp osmozi un aktīvo transportu

Šūnai ir daudz prasību, lai tā augtu un replicētos, un pat šūnām, kuras neaktīvi aug vai replicējas, darbībai ir nepieciešami barības elementi no vides. Daudzas šūnas prasības ir molekulām, kuras var atrast ārpus šūnas, ieskaitot ūdeni, cukurus, vitamīnus un olbaltumvielas.

Šūnu membrānai ir svarīgas aizsargājošās un strukturālās funkcijas, un tā darbojas, lai saglabātu šūnu saturu atsevišķi no ārējās vides. Šūnu membrānas lipīdu divslāņu slāni veido fosfolipīdi, kuriem ir hidrofobās (eļļā šķīstošās, “ūdensbaidošās”) astes, kas veido barjeru daudzām izšķīdušām vielām un molekulām vidē. Šī šūnas membrānas īpašība ļauj šūnas iekšējai videi atšķirties no ārējās vides, bet darbojas arī kā galvenais šķērslis noteiktu molekulu uzņemšanai no apkārtējās vides un atkritumu izraidīšanai..

Tauki, kas sastāv no lipīdiem, nerada problēmas visām molekulām. Hidrofobiskas (vai eļļā šķīstošas) nepolāras molekulas var netraucēti brīvi izkliedēties caur šūnu membrānu. Šajā molekulu klasē ietilpst tādas gāzes kā skābeklis (O2), oglekļa dioksīds (CO2) un slāpekļa oksīds (NO). Arī lielākas hidrofobās organiskās molekulas var iziet caur plazmas membrānu, ieskaitot noteiktus hormonus (piemēram, estrogēnu) un vitamīnus (piemēram, D vitamīnu). Mazas, polāras molekulas (ieskaitot ūdeni) daļēji kavē lipīdu divslānis, bet tās joprojām var iziet cauri.

Molekulām, kuras var brīvi iziet caur šūnas membrānu, tas, vai tās pārvietojas šūnā vai iziet no tās, ir atkarīgs no to koncentrācijas. Tiek saukta molekulu tendence pārvietoties atbilstoši to koncentrācijas gradientam (tas ir, no augstākas koncentrācijas uz zemāku koncentrāciju) difūzija. Tas nozīmē, ka molekulas izplūdīs no šūnas, ja šūnas ir vairāk iekšpusē nekā ārpus tās. Tāpat, ja ārpus šūnas ir vairāk, molekulas ieplūdīs šūnā, līdz tiks sasniegts līdzsvars. Piemēram, apsveriet muskuļu šūnu. Vingrošanas laikā šūna pārveido O2 par CO2. Kad skābekli saturošās asinis iekļūst muskuļos, O2 pārvietojas no vietas, kur koncentrācija ir augstāka (asinīs), uz turieni, kur tā ir zemāka (muskuļu šūnās). Tajā pašā laikā CO2 iziet no muskuļu šūnām (kur tas ir augstāks) līdz asinīm (kur tas ir zemāks). Difūzijai nav nepieciešami enerģijas izdevumi. Ūdens difūzijai tiek piešķirts īpašs nosaukums, osmoze.

Lielākām polārām molekulām un jebkurām uzlādētām molekulām ir grūtāk iekļūt šūnā un iziet no tās, jo tās nevar iziet caur lipīdu divslāņu slāni. Šajā molekulu klasē ietilpst joni, cukuri, aminoskābes (olbaltumvielu celtniecības bloki) un daudzas citas lietas, kas šūnai vajadzīgas, lai izdzīvotu un darbotos. Lai novērstu šo problēmu, šūnā ir transporta proteīni, kas ļauj šīm molekulām iekļūt šūnā un izkļūt no tās. Šie transporta proteīni veido 15-30% no olbaltumvielām šūnas membrānā.

Transporta olbaltumvielas ir dažādu formu un izmēru, bet visas stiepjas caur lipīdu divslāņu slāni, un katram transporta proteīnam ir noteikts molekulas tips, ko tas pārvadā. Ir nesējproteīni (kurus sauc arī par transportieriem vai permeāzēm), kas saistās ar izšķīdušo vielu vai molekulu vienā membrānas pusē un transportē to uz otru membrānas pusi. Otrajā transporta olbaltumvielu klasē ietilpst kanālu olbaltumvielas. Kanāla olbaltumvielas membrānā veido hidrofīlas (“ūdeni mīlošas”) atveres, lai caur tām varētu plūst polārās vai lādētās molekulas. Gan kanālu proteīni, gan nesējproteīni atvieglo transportēšanu gan šūnā, gan ārpus tās.

Molekulas var pārvietoties caur proteīniem no augstas koncentrācijas uz zemāku. Šo procesu sauc par pasīvo transportu vai atvieglotu difūziju. Tas ir līdzīgs nepolāru molekulu vai ūdens difūzijai tieši caur lipīdu divslāņu slāni, izņemot to, ka tai nepieciešami transporta proteīni.

Dažreiz šūnai ir vajadzīgas lietas no vides, kas atrodas ārpus šūnas ļoti zemā koncentrācijā. Alternatīvi, šūnai var būt vajadzīgas ārkārtīgi zemas noteiktas izšķīdušās vielas koncentrācijas šūnā. Kaut arī difūzija ļautu koncentrācijām šūnā un ārpus tās virzīties uz līdzsvaru, procesu sauc aktīvs transports palīdz koncentrēt izšķīdušo vielu vai molekulu šūnā vai ārpus tās. Aktīvajam transportam nepieciešami enerģijas izdevumi, lai molekulu pārvietotu pret tās koncentrācijas gradientu. Ir divas galvenās aktīvā transporta formas eikariotu šūnās. Pirmo veidu veido ATP darbināmi sūkņi. Šie sūkņi izmanto ATP hidrolīzi, lai transportētu noteiktu membrānas vai molekulu klasi pāri membrānai, lai to koncentrētu šūnā vai ārpus tās. Otrais tips (ko sauc par kotransporteriem) saista vienas molekulas transportēšanu pret tās koncentrācijas gradientu (no zema līdz augsta) ar otrās molekulas transportēšanu uz leju pa tās koncentrācijas gradientu (no augsta uz zemu)..

Šūnas arī izmanto aktīvo transportu, lai uzturētu pareizu jonu koncentrāciju. Jonu koncentrācija ir ļoti svarīga šūnas elektriskajām īpašībām, kontrolējot ūdens daudzumu šūnās un citas svarīgas jonu funkcijas. Piemēram, magnija joni (MG2 +) ir ļoti svarīgi daudzām olbaltumvielām, kas iesaistītas DNS atjaunošanā un uzturēšanā. Kalcijs (Ca2 +) ir svarīgs arī daudzos šūnu procesos, un aktīvs transports palīdz uzturēt kalcija gradientu 1: 10 000. Jonu transportēšana pāri lipīdu divslāņainim ir atkarīga ne tikai no koncentrācijas gradienta, bet arī no membrānas elektriskajām īpašībām, kur līdzīgi lādiņi atgrūžas. Nātrija-kālija ATPāzes vai Na + -K + pumpis uztur augstāku nātrija koncentrāciju ārpus šūnas. Šim centienam tiek patērēta gandrīz viena trešdaļa no šūnas enerģijas. Šie milzīgie enerģijas izdevumi aktīvajam jonu transportam apstiprina, cik svarīgi ir saglabāt molekulu līdzsvaru pareizai šūnu funkcijai.

Kopsavilkums

Osmoze ir ūdens pasīvā difūzija pa šūnu membrānu un neprasa transporta proteīnus. Asavs transports ir molekulu kustība pret to koncentrācijas gradientu (no zemas līdz augstajai koncentrācijai) vai pret elektrisko gradientu (līdzīga lādiņa virzienā), un tai nepieciešami olbaltumvielu pārvadātāji un pievienotā enerģija, izmantojot ATP hidrolīzi vai savienojot ar citu izšķīdušo vielu kalnā..