Co to jest transport aktywny?
Aktywny transport polega na pompowaniu substancji rozpuszczonych przez błonę biologiczną wbrew ich stężeniu lub gradientowi elektrochemicznemu. Zdolność komórek do utrzymywania małych substancji rozpuszczonych w cytoplazmie w stężeniach wyższych niż otaczający płyn jest istotnym czynnikiem przeżycia komórek. Na przykład wiele komórek zwierzęcych utrzymuje stężenia sodu i potasu, które znacznie różnią się od stężenia w ich otoczeniu. Aktywny transport umożliwia komórkom nie tylko utrzymanie żywotnych poziomów substancji rozpuszczonej, ale także pompowanie jonów przez gradient elektrochemiczny. Proces ten wytwarza napięcie na membranie, które można wykorzystać do pracy w komórkach energetycznych.
Aby zrozumieć transport aktywny, należy najpierw zrozumieć transport pasywny . Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, bez dodatkowego wkładu energii, cząstki zawsze będą przechodzić od stanu porządku do stanu nieładu. W przypadku ruchu komórkowego oznacza to, że małe substancje rozpuszczone będą naturalnie przemieszczać się z bardziej uporządkowanych regionów o wysokiej koncentracji do mniej uporządkowanych regionów o niskim stężeniu. Jest to znane jako dyfuzja w dół gradientu stężenia . Transport pasywny to naturalny ruch substancji rozpuszczonych przez błonę w dół gradientu stężenia.
Podczas aktywnego transportu komórka musi działać przeciwko naturalnej dyfuzji substancji rozpuszczonych. W tym celu w błonie komórkowej osadzone są wyspecjalizowane białka transportowe. Wspomagane przez adenozynotrifosforan (ATP) białka transportowe selektywnie przenoszą określone substancje rozpuszczone do lub z komórki. Powszechnym sposobem, w jaki ATP napędza tę pracę, jest przekazanie końcowej grupy fosforanowej białku transportowemu, co powoduje zmianę kształtu cząsteczki białka. Zmiana konformacyjna powoduje, że białko przenosi substancje rozpuszczone, które związały się z jego powierzchnią pozakomórkową do wnętrza komórek i uwalnia je.
Przykładem tego rodzaju aktywnego białka transportowego jest pompa sodowo-potasowa . Większość komórek zwierzęcych ma wyższe stężenie potasu i niższe stężenie sodu niż w środowisku pozakomórkowym. Ponieważ jony sodu niosą ładunek dodatni, a jony potasu niosą ładunek ujemny, ta nierównowaga reprezentuje nie tylko gradient stężenia, ale także gradient elektrochemiczny. Pompy sodowo-potasowe usuwają trzy jony sodu z komórki na każde dwa jony potasu, które do niej wprowadzają, powodując ładunek ujemny netto na komórkę jako całość. Różnica ładunków po obu stronach błony komórkowej wytwarza napięcie - potencjał błony - który pozwala ogniwu działać jak bateria i zasilać pracę komórki.
Jak wspomniano, najbardziej aktywny transport jest zasilany przez cząsteczkę ATP. Czasami jednak substancja rozpuszczona może przenieść się do komórki, wykorzystując dyfuzję innych substancji. Gdy substancje rozpraszające przemieszczają się do komórki wzdłuż gradientu, który został wcześniej utworzony przez aktywny transport, inne substancje rozpuszczone mogą się z nimi wiązać i przenikać przez membranę jednocześnie. Znany jako wtórny transport lub wspólny transport , jest to forma ruchu błonowego, który jest odpowiedzialny za przenoszenie sacharozy do komórek roślinnych, a także przenoszenie wapnia i glukozy do komórek zwierzęcych.