Ero osmoosin ja aktiivisen liikenteen välillä
Share
Solulla on monia vaatimuksia kasvaakseen ja replikoituakseen, ja jopa solut, jotka eivät ole aktiivisesti kasvavia tai lisääntyviä, tarvitsevat ravintoaineita ympäristöstä toimimiseksi. Monet solun tarpeista ovat molekyylejä, joita löytyy solun ulkopuolelta, mukaan lukien vesi, sokerit, vitamiinit ja proteiinit.
Solukalvolla on tärkeät suojaavat ja rakenteelliset toiminnot, ja se pitää solusisällön erillään ulkoympäristöstä. Solumembraanin lipidikerros koostuu fosfolipideistä, joilla on hydrofobisia (öljyliukoisia, "vettä pelkääviä") häntä, jotka muodostavat esteen monille ympäristön liuenneille aineille ja molekyyleille. Tämä solukalvon ominaisuus sallii solun sisäisen ympäristön poiketa ulkoisesta ympäristöstä, mutta toimii myös merkittävänä esteenä tiettyjen molekyylien ottamiselle ympäristöstä ja jätteiden karkottamiseen.
Lipidikaksokerros ei kuitenkaan aiheuta ongelmaa kaikille molekyyleille. Hydrofobiset (tai öljyliukoiset) ei-polaariset molekyylit voivat diffundoitua vapaasti solukalvon läpi esteettömästi. Tämä molekyyliluokka sisältää kaasuja, kuten happea (O2), hiilidioksidia (CO2) ja typpioksidia (NO). Suuremmat hydrofobiset orgaaniset molekyylit voivat myös kulkea plasmamembraanin läpi, mukaan lukien tietyt hormonit (kuten estrogeeni) ja vitamiinit (kuten D-vitamiini). Lipidikaksokerros estää osittain pieniä, polaarisia molekyylejä (mukaan lukien vesi), mutta ne voivat silti kulkea läpi.
Sellaisten molekyylien kohdalla, jotka voivat vapaasti kulkea solun membraanin läpi, riippuu niiden pitoisuudesta se, kulkeutuvatko soluun tai ulos solusta. Molekyylien taipumusta liikkua konsentraatiogradientinsa mukaan (eli korkeammasta konsentraatiosta matalampaan konsentraatioon) kutsutaan diffuusio. Tämä tarkoittaa, että molekyylit virtaavat ulos solusta, jos solun sisällä on enemmän kuin ulkopuolella. Samoin, jos solun ulkopuolella on enemmän, molekyylit virtaavat soluun, kunnes tasapaino saavutetaan. Harkitse esimerkiksi lihassolua. Harjoituksen aikana solu muuttaa O2: n CO2: ksi. Kun hapettunut veri pääsee lihakseen, O2 kulkee siitä, missä konsentraatio on korkeampi (veressä) siihen, missä se on alhaisempi (lihassoluissa). Samaan aikaan CO2 kulkee lihassoluista (missä se on korkeampi) vereen (missä se on alhaisempi). Diffuusio ei vaadi energiamenoja. Veden diffuusiolle annetaan erityinen nimi, Osmosis.
Suuremmilla polaarisilla molekyyleillä ja mahdollisilla varautuneilla molekyyleillä soluun pääsy ja siitä poistuminen on vaikeampaa, koska ne eivät pääse lipidikaksoiskerroksen läpi. Tämä molekyyliluokka sisältää ioneja, sokereita, aminohappoja (proteiinien rakennuspalikoita) ja monia muita asioita, joita solu tarvitsee selviytyäkseen ja toimiakseen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi solussa on kuljetusproteiineja, jotka sallivat näiden molekyylien liikkua soluun ja ulos solusta. Nämä kuljetusproteiinit muodostavat 15-30% solukalvon proteiineista.
Kuljetusproteiineja on useita muotoja ja kokoja, mutta kaikki ulottuvat lipidikaksoiskerroksen läpi, ja jokaisella kuljetusproteiinilla on erityinen tyyppi molekyyliä, jonka se kuljettaa. On kantajaproteiineja (joita kutsutaan myös kuljettajiksi tai permeaaseiksi), jotka sitoutuvat liuenneeseen aineeseen tai molekyyliin membraanin toisella puolella ja kuljettavat sen membraanin toiselle puolelle. Toinen kuljetusproteiinien luokka sisältää kanavaproteiinit. Kanavaproteiinit muodostavat kalvossa hydrofiilisiä (“vettä rakastavia”) aukkoja, jotta polaariset tai varautuneet molekyylit pääsevät virtaamaan läpi. Sekä kanavaproteiinit että kantajaproteiinit helpottavat kuljetusta sekä soluun että solusta ulos.
Molekyylit voivat kulkea kuljetusproteiinien läpi korkeasta pitoisuudesta alempaan pitoisuuteen. Tätä prosessia kutsutaan passiiviseksi kuljetukseksi tai helpotetuksi diffuusioksi. Se on samanlainen kuin ei-polaaristen molekyylien tai veden diffuusio suoraan lipidikerroksen läpi, paitsi että se vaatii kuljetusproteiineja.
Joskus solu tarvitsee ympäristöstä sellaisia asioita, jotka ovat erittäin pieninä pitoisuuksina solun ulkopuolella. Vaihtoehtoisesti solu voi vaatia erittäin pieniä pitoisuuksia tiettyä soluuttia solun sisällä. Vaikka diffuusio antaisi pitoisuuksille solun sisällä ja ulkopuolella siirtyä kohti tasapainoa, prosessia kutsutaan aktiivinen kuljetus auttaa konsentroimaan liuenneen aineen tai molekyylin joko solun sisä- tai ulkopuolella. Aktiivinen kuljetus vaatii energiamenoja molekyylin siirtämiseksi sen pitoisuusgradienttia vasten. Eukaryoottisoluissa on kaksi aktiivisen kuljetuksen päämuotoa. Ensimmäinen tyyppi koostuu ATP-käyttöisistä pumpuista. Nämä pumput käyttävät ATP-hydrolyysia tietyn luokan liuenneen aineen tai molekyylin kuljettamiseen kalvon läpi sen konsentroimiseksi joko solun sisälle tai ulos. Toinen tyyppi (kutsutaan kotransporttereiksi) yhdistää yhden molekyylin kuljetuksen sen pitoisuusgradienttia vastaan (matalasta korkeaan) toisen molekyylin kuljetuksen kanssa sen konsentraatiogradientissa (korkeasta matalaan)..
Solut käyttävät myös aktiivista kuljetusta ionien oikean pitoisuuden ylläpitämiseksi. Ionipitoisuus on erittäin tärkeä solun sähköominaisuuksien kannalta, sillä se säätelee veden määrää soluissa ja muita tärkeitä ionien toimintoja. Esimerkiksi magnesiumionit (MG2 +) ovat erittäin tärkeitä monille proteiineille, jotka osallistuvat DNA: n korjaamiseen ja ylläpitämiseen. Kalsium (Ca2 +) on myös tärkeä monissa soluprosesseissa, ja aktiivinen kuljetus auttaa ylläpitämään kalsiumgradienttia 1: 10 000. Ionien kuljetus lipidikerroksessa ei riipu pelkästään pitoisuusgradientista, vaan myös membraanin sähköisistä ominaisuuksista, joissa samanlaiset varaukset hylkivät. Natrium-kalium-ATPaasi- tai Na + -K + -pumppu ylläpitää korkeampaa natriumpitoisuutta solun ulkopuolella. Lähes kolmasosa solun energiantarpeesta kuluu tähän pyrkimykseen. Tämä valtava energiameno aktiiviseen ionien kuljetukseen vahvistaa molekyylitasapainon ylläpitämisen tärkeyden solun oikeassa toiminnassa.
Yhteenveto
Osmosis on veden passiivinen diffuusio solukalvon läpi eikä vaadi kuljetusproteiineja. oma kuljetus on molekyylien liike niiden konsentraatiogradienttia (matalasta korkeasta konsentraatiosta) tai niiden sähköistä gradienttia vastaan (kohti samanlaista varausta) ja vaatii proteiinin kuljettajia ja lisättyä energiaa joko ATP-hydrolyysin kautta tai kytkemällä toisen liuenneen aineen alamäkeen kulkemiseen.
