Разница между осмосом и активным транспортом

Клетка предъявляет множество требований для роста и размножения, и даже клеткам, которые активно не растут или не размножаются, для функционирования необходимы питательные вещества из окружающей среды. Многие из требований клетки - это молекулы, которые могут быть найдены вне клетки, включая воду, сахара, витамины и белки..

Клеточная мембрана выполняет важные защитные и структурные функции и действует, чтобы отделить клеточное содержимое от внешней среды. Липидный бислой клеточной мембраны состоит из фосфолипидов, которые имеют гидрофобные (маслорастворимые, «опасные для воды») хвосты, которые образуют барьер для многих растворенных веществ и молекул в окружающей среде. Эта особенность клеточной мембраны позволяет внутренней среде клетки отличаться от внешней среды, но также выступает в качестве основного барьера для поглощения определенных молекул из окружающей среды и удаления отходов..

Однако липидный бислой не представляет проблемы для всех молекул. Гидрофобные (или растворимые в масле) неполярные молекулы могут беспрепятственно диффундировать через клеточную мембрану. Этот класс молекул включает такие газы, как кислород (O2), диоксид углерода (CO2) и оксид азота (NO). Более крупные гидрофобные органические молекулы также могут проходить через плазматическую мембрану, включая определенные гормоны (такие как эстрогены) и витамины (такие как витамин D). Небольшие полярные молекулы (включая воду) частично задерживаются липидным бислоем, но все же могут проходить через.

Для молекул, которые могут свободно проходить через клеточную мембрану, зависит от того, попадают они в клетку или из нее, зависит от их концентрации. Тенденция молекул двигаться в соответствии с их градиентом концентрации (то есть от более высокой концентрации к более низкой концентрации) называется диффузия. Это означает, что молекулы будут вытекать из клетки, если внутри клетки будет больше, чем снаружи. Аналогичным образом, если за пределами клетки находятся другие молекулы, молекулы будут поступать в клетку до тех пор, пока не будет достигнут баланс. Например, рассмотрим мышечную клетку. Во время тренировки клетка превращает кислород в CO2. Когда оксигенированная кровь поступает в мышцы, O2 перемещается от места, где концентрация выше (в крови), до места, где оно ниже (в мышечных клетках). В то же время CO2 попадает из мышечных клеток (где он выше) в кровь (где он ниже). Диффузия не требует затрат энергии. Диффузия воды имеет особое название, осмос.

Для более крупных полярных молекул и любых заряженных молекул входить в клетку и выходить из нее сложнее, поскольку они не могут проходить через липидный бислой. Этот класс молекул включает ионы, сахара, аминокислоты (строительные блоки белков) и многое другое, что необходимо клетке, чтобы выжить и функционировать. Чтобы решить эту проблему, клетка имеет транспортные белки, которые позволяют этим молекулам проникать и выходить из клетки. Эти транспортные белки составляют 15-30% белков в клеточной мембране.

Транспортные белки бывают разных форм и размеров, но все они проходят через липидный бислой, и у каждого транспортного белка есть определенный тип молекулы, которую он транспортирует. Существуют белки-носители (которые также известны как транспортеры или пермеазы), которые связываются с растворенным веществом или молекулой на одной стороне мембраны и транспортируют ее на другую сторону мембраны. Второй класс транспортных белков включает канальные белки. Канальные белки образуют гидрофильные («любящие воду») отверстия в мембране, позволяя протекать полярным или заряженным молекулам. Как белки канала, так и белки-носители облегчают транспорт как внутрь клетки, так и из нее..

Молекулы могут перемещаться через транспортные белки от высокой концентрации до более низкой концентрации. Этот процесс называется пассивным транспортом или облегченной диффузией. Это похоже на диффузию неполярных молекул или воды непосредственно через липидный бислой, за исключением того, что для этого требуются транспортные белки.

Иногда клетке нужны вещи из окружающей среды, которые присутствуют в очень низкой концентрации вне клетки. Альтернативно, клетка может требовать чрезвычайно низких концентраций определенного растворенного вещества внутри клетки. Хотя диффузия позволит концентрациям внутри и снаружи клетки двигаться к равновесию, процесс, называемый активный транспорт помогает сконцентрировать растворенное вещество или молекулу внутри или снаружи клетки. Активный транспорт требует затрат энергии для перемещения молекулы против градиента концентрации. Существует две основные формы активного транспорта в эукариотических клетках. Первый тип состоит из насосов с приводом ATP. Эти насосы используют гидролиз АТФ для транспортировки определенного класса растворенного вещества или молекулы через мембрану, чтобы сконцентрировать его внутри или вне клетки. Второй тип (называемый котранспортерами) связывает транспорт одной молекулы с градиентом концентрации (от низкого до высокого) с переносом второй молекулы вниз по градиенту концентрации (с высокого на низкий).

Клетки также используют активный транспорт для поддержания правильной концентрации ионов. Концентрация ионов очень важна для электрических свойств клетки, контролируя количество воды в клетках и другие важные функции ионов. Например, ионы магния (MG2 +) очень важны для многих белков, участвующих в восстановлении и поддержании ДНК. Кальций (Ca2 +) также важен во многих клеточных процессах, а активный транспорт помогает поддерживать градиент кальция 1: 10000. Транспорт ионов через липидный бислой зависит не только от градиента концентрации, но и от электрических свойств мембраны, где одинаковые заряды отталкиваются. Натрий-калиевая АТФаза или Na + -K + насос поддерживает более высокую концентрацию натрия вне клетки. Почти треть энергии клетки расходуется на это. Этот огромный расход энергии на активный транспорт ионов подтверждает важность поддержания баланса молекул в правильном функционировании клетки..

Резюме

Оsmosis является пассивной диффузией воды через клеточную мембрану и не требует транспортных белков. транспорт представляет собой движение молекул против их градиента концентрации (от низкой до высокой концентрации) или против их электрического градиента (по направлению к аналогичному заряду) и требует переносчиков белка и добавленной энергии, либо посредством гидролиза АТФ, либо через соединение с переносом вниз другого растворенного вещества.