Osmoza i aktivni transport

Stanica ima mnogo zahtjeva za rast i repliciranje, pa čak i stanice koje ne aktivno rastu ili repliciraju zahtijevaju da hranjive tvari iz okoliša funkcioniraju. Mnogi od zahtjeva ćelije su molekule koje se mogu naći izvan ćelije, uključujući vodu, šećere, vitamine i proteine.

Stanična membrana ima važne zaštitne i strukturne funkcije, a djeluje kako bi se stanični sadržaj odvojeno od vanjskog okruženja. Lipidna dvoslojna stanična membrana sastoji se od fosfolipida, koji imaju hidrofobne (uljne, "vodu strašne") repove koji tvore prepreku za mnoge otopljene tvari i molekule u okolišu. Ova značajka stanične membrane omogućuje da se unutrašnja okolina okoliša razlikuje od vanjskog okruženja, ali također djeluje kao glavna prepreka za uzimanje određenih molekula iz okoline i istjerivanje otpada.

Međutim, lipidni dvosloj ne predstavlja problem za sve molekule. Hidrofobne (ili uljive topljive), nepolarne molekule mogu slobodno difundirati kroz staničnu membranu neometano. Ova klasa molekula uključuje plinove kao što su kisik (O2), ugljični dioksid (CO2) i dušikov oksid (NO). Veće hidrofobne organske molekule mogu također prolaziti kroz plazma membranu, uključujući određene hormone (poput estrogena) i vitamine (kao što je vitamin D). Malo, polarne molekule (uključujući vodu) djelomično su ometale lipidni dvosloj, ali još uvijek mogu proći.

Za molekule koje mogu slobodno proći kroz membranu stanice, bez obzira putuju li u stanicu ili izlaze iz stanice, ovisi o njihovoj koncentraciji. Poznato je sklonost molekula da se kreću prema njihovom gradijentu koncentracije (tj. Od viših koncentracija do niže koncentracije) difuzija, To znači da će molekule izlaziti iz ćelije ako ima više unutar stanice nego izvana. Isto tako, ako ima više izvan ćelije, molekule će teći u ćeliju dok se ne postigne ravnoteža. Na primjer, razmislite o mišićnoj stanici. Tijekom vježbanja stanica pretvara O2 u CO2. Dok krv oksigena ulazi u mišić, O2 putuje odakle je koncentracija veća (u krvi) do mjesta gdje je niža (u mišićnim stanicama). Istodobno, CO2 izlazi iz mišićnih stanica (gdje je veća) u krv (gdje je niža). Difuzija ne zahtijeva potrošnju energije. Difuzija vode daje poseban naziv, osmoza.

Za veće polarne molekule i sve nabijene molekule, ulazak i izlazak iz stanice je teži jer ne mogu proći kroz dvostruki lipid. Ova klasa molekula uključuje ione, šećere, aminokiseline (građevne blokove proteina) i još mnogo toga što stanica treba preživjeti i funkcionirati. Da bi se riješio taj problem, stanica ima transportne proteine ​​koji dopuštaju molekulama da se presele u stanicu i iz njih. Ovi transportni proteini čine 15-30% proteina u staničnoj membrani.

Transportni proteini dolaze u nekoliko oblika i veličina, ali svi se protežu kroz lipidni dvosloj, a svaki transportni protein ima specifičnu vrstu molekule koju prenosi. Postoje proteini nositelja (koji su također poznati kao transporteri ili permeaze) koji se vežu na otopinu ili molekulu s jedne strane membrane i prenose ih na drugu stranu membrane. Druga klasa transportnih proteina uključuje proteine ​​kanala. Proteini kanala formiraju hidrofilne otvore u membrani kako bi se omogućile polarne ili nabijene molekule. Oba kanala proteina i proteina nosača olakšavaju transport i iz i iz stanice.

Molekule mogu prolaziti kroz transportne proteine ​​od velike koncentracije do niže koncentracije. Ovaj se proces naziva pasivni prijenos ili olakšana difuzija. Slična je difuziji nepolarnih molekula ili vode izravno kroz lipidni dvosloj, osim što zahtijeva transportne proteine.

Ponekad, stanica treba stvari iz okoline koje su prisutne u vrlo niskoj koncentraciji izvan ćelije. Alternativno, stanica može zahtijevati izuzetno niske koncentracije određene otopljene otopine unutar stanice. Dok bi difuzija omogućila koncentracije unutar i izvan ćelije da se kreću prema ravnoteži, proces koji se naziva aktivni transport pomaže koncentrirati otopljenu ili molekulu bilo unutar ili izvan stanice. Aktivni transport zahtijeva potrošnju energije za premještanje molekule prema gradijentu koncentracije. Postoje dva glavna oblika aktivnog transporta u eukariotskim stanicama. Prvi tip se sastoji od ATP-driven pumpe. Ove pumpe koriste ATP hidrolizu za transport određene klase otopljene ili molekule preko membrane kako bi se koncentrirale bilo unutar ili izvan stanice. Drugi tip (tzv. Cotransporters) povezuje transport jedne molekule s njegovim koncentracijskim gradijentom (od niske do visoke) s transportom druge molekule niz njegov gradijent koncentracije (od visine do niske).

Stanice također koriste aktivni transport kako bi održali odgovarajuću koncentraciju iona. Koncentracija iona je vrlo važna za električna svojstva stanica, kontrolirajući količinu vode u stanicama i drugim važnim funkcijama iona. Na primjer, magnezijski ioni (MG2 +) vrlo su važni za mnoge proteine ​​uključene u popravak i održavanje DNA. Kalcij (Ca2 +) je također važan u mnogim procesima stanice, a aktivni transport pomaže održavanju gradijenta kalcija od 1: 10.000.Prijenos iona preko lipidnog dvoslojnika ovisi ne samo o gradijentu koncentracije, nego io električnim svojstvima membrane, gdje se takvi naboji odbiju. Natrijev-kalijev ATPaza ili Na + -K + pumpa održava veću koncentraciju natrija izvan ćelije. Gotovo jedna trećina energije u ćeliji potroši se u ovom nastojanju. Ovaj veliki energetski izdatak za aktivni transport iona potvrđuje važnost održavanja ravnoteže molekula u pravilnoj funkciji stanice.

Sažetak

Osmosis je pasivna difuzija vode preko stanične membrane i ne zahtijeva transportne proteine. ctive transport (od niske do visoke koncentracije) ili prema njihovom električnom gradijentu (prema sličnom naboju) i zahtijeva proteinske transportere i dodanu energiju, bilo putem ATP hidrolize ili povezivanjem sa spuštanjem drugih otapala,