Razlika između osmoze i aktivnog transporta

Stanica ima mnogo zahtjeva za rast i umnožavanje, pa čak i stanice koje se aktivno ne rastu ili umnožavaju potrebne su hranjive tvari iz okoliša da bi mogle funkcionirati. Mnoge potrebe ove stanice su molekule koje se mogu naći izvan stanice, uključujući vodu, šećere, vitamine i proteine.

Stanična membrana ima važne zaštitne i strukturne funkcije, a djeluje tako da se stanični sadržaj odvaja od vanjskog okruženja. Lipidni dvosloj stanične membrane sastoji se od fosfolipida koji imaju hidrofobne (u vodi topljivi, „u vodi strahujuće“) repove koji predstavljaju barijeru mnogim topljenima i molekulama u okruženju. Ovo svojstvo stanične membrane omogućava da se stanično unutarnje okruženje razlikuje od vanjskog okruženja, ali također djeluje kao glavna prepreka pri preuzimanju određenih molekula iz okoliša i protjerivanju otpada.

Međutim, lipidni dvoslojni ne predstavlja problem za sve molekule. Hidrofobne (ili topljive u ulju), nepolarne molekule mogu se nesmetano difuzirati kroz staničnu membranu. Ova klasa molekula uključuje plinove poput kisika (O2), ugljičnog dioksida (CO2) i dušičnog oksida (NO). Veće hidrofobne organske molekule također mogu proći kroz plazma membranu, uključujući određene hormone (poput estrogena) i vitamine (poput vitamina D). Male, polarne molekule (uključujući vodu) djelomično su ometane u lipidnom sloju, ali još uvijek mogu proći.

Za molekule koje mogu slobodno prolaziti kroz staničnu membranu, bilo da putuju u ili van stanice, ovisi o njihovoj koncentraciji. Pozvana je tendencija kretanja molekula prema njihovom gradijentu koncentracije (to je od veće koncentracije do niže koncentracije) difuzija. To znači da će molekule istjecati iz stanice ako ih ima više u unutrašnjosti nego izvana. Isto tako, ako ih ima više izvan stanice, molekule će se slivati ​​u stanicu sve dok se ne postigne ravnoteža. Na primjer, razmislite o mišićnoj stanici. Tijekom vježbanja, stanica pretvara O2 u CO2. Kako kisik s kisikom ulazi u mišić, O2 putuje od mjesta gdje je koncentracija veća (u krvi) do mjesta gdje je niža (u mišićnim stanicama). Istovremeno, CO2 izlazi iz mišićnih stanica (tamo gdje je viši) u krv (tamo gdje je niži). Difuzija ne zahtijeva trošenje energije. Difuzija vode dobila je posebno ime, osmoza.

Za veće polarne molekule i bilo koje nabijene molekule ulazak i izlazak iz ćelije je teže jer ne mogu proći kroz lipidni sloj. Ova klasa molekula uključuje ione, šećere, aminokiseline (građevne bjelančevine) i još mnogo toga što ćeliji treba da preživi i funkcionira. Da bi riješio ovaj problem, stanica ima transportne proteine ​​koji omogućuju tim molekulama da se kreću u i iz stanice. Ti transportni proteini čine 15-30% proteina u staničnoj membrani.

Transportni proteini dolaze u više oblika i veličina, ali svi se protežu kroz lipidni dvosloj, a svaki transportni protein ima specifičnu vrstu molekule koju transportira. Postoje proteinski nosači (koji su također poznati kao transporteri ili permeaze), koji se vežu na otopinu ili molekulu s jedne strane membrane i prevoze je na drugu stranu membrane. Druga klasa transportnih proteina uključuje kanalne proteine. Kanalni proteini tvore hidrofilne („vodenu ljubav“) otvore u membrani kako bi omogućili prolazak polarnih ili nabijenih molekula. Proteinski proteini i proteinski proteini olakšavaju transport i u stanicu i izvan nje.

Molekule mogu putovati transportnim proteinima iz visoke koncentracije u nižu koncentraciju. Taj se proces naziva pasivni transport ili olakšana difuzija. Sličan je difuziji nepolarnih molekula ili vode izravno kroz lipidni dvoslojni, osim što zahtijeva transportne proteine.

Ponekad ćeliji trebaju stvari iz okruženja koje su prisutne u vrlo niskoj koncentraciji izvan stanice. Alternativno, stanica će možda zahtijevati ekstremno niske koncentracije određenog rastvora unutar stanice. Dok bi difuzija omogućila da se koncentracije unutar i izvan ćelije kreću prema ravnoteži, proces se zove aktivni transport pomaže koncentriranju otopljene tvari ili molekule bilo unutar ili izvan stanice. Aktivni transport zahtijeva potrošnju energije za pomicanje molekule prema njenom gradijentu koncentracije. U eukariotskim stanicama postoje dva glavna oblika aktivnog transporta. Prvi tip se sastoji od ATP pumpi. Ove crpke koriste ATP hidrolizu za transport određenog klasa otopljenog ili molekule kroz membranu da bi se koncentrirali bilo unutar ili izvan stanice. Druga vrsta (koja se naziva kotransporteri), spaja transport jedne molekule protiv njezinog gradijenta koncentracije (od niskog do visokog) s transportom druge molekule niz njezin koncentracijski gradijent (od visokog do niskog).

Stanice također koriste aktivni transport za održavanje odgovarajuće koncentracije iona. Ionska koncentracija vrlo je važna za električna svojstva stanice, kontrolira količinu vode u stanicama i ostale važne funkcije iona. Na primjer, magnezijevi ioni (MG2 +) vrlo su važni za mnoge proteine ​​koji sudjeluju u popravljanju i održavanju DNK. Kalcij (Ca2 +) je također važan u mnogim staničnim procesima, a aktivni transport pomaže u održavanju gradijenta kalcija od 1: 10 000. Transport iona preko lipidnog dvosloja ne ovisi samo o gradijentu koncentracije, već i o električnim svojstvima membrane gdje se poput naboja odbijaju. Natrijum-kalijska ATP-a ili Na + -K + pumpa održavaju veću koncentraciju natrija izvan stanice. U tom pothvatu se troši gotovo trećina stanične energije. Ovaj ogroman energetski izdatak za aktivni transport iona potvrđuje važnost održavanja ravnoteže molekula u pravilnoj funkciji stanica.

Sažetak

Osmosis je pasivna difuzija vode preko stanične membrane i ne zahtijeva transportne proteine. ctive transport je kretanje molekula prema njihovom gradijentu koncentracije (od niske do visoke koncentracije) ili protiv njihovog električnog gradijenta (prema sličnom naboju) i zahtijeva transportere proteina i dodatnu energiju, bilo hidrolizom ATP-a ili spajanjem na silazni transport drugog rastvora.