Der Unterschied zwischen Osmose und aktivem Transport

Eine Zelle hat viele Anforderungen, um zu wachsen und zu replizieren, und selbst Zellen, die nicht aktiv wachsen oder replizieren, erfordern Nährstoffe aus der Umwelt, um zu funktionieren. Viele der Anforderungen der Zelle sind Moleküle, die außerhalb der Zelle gefunden werden können, einschließlich Wasser, Zucker, Vitaminen und Proteinen.

Die Zellmembran verfügt. Die Lipiddoppelschicht der Zellmembran besteht aus Phospholipiden, die hydrophobe (öllöslich. Dieses Merkmal der Zellmembran ermöglicht es der internen Zellumgebung, sich von der externen Umgebung zu unterscheiden, ist aber auch als wichtiges Hindernis für die Aufnahme bestimmter Moleküle aus der Umwelt und zum Ausstrahlungsabfall.

Die Lipiddoppelschicht stellt jedoch kein Problem für alle Moleküle dar. Hydrophobe (oder öllösliche), nichtpolare Moleküle können durch die Zellmembran, die ungehindert sind, frei diffundieren. Diese Klasse von Molekülen umfasst Gase wie Sauerstoff (O2), Kohlendioxid (CO2) und Stickoxid (NO). Größere hydrophobe organische Moleküle können auch die Plasmamembran durchlaufen, einschließlich bestimmter Hormone (wie Östrogen) und Vitamine (wie Vitamin D). Kleine, polare Moleküle (einschließlich Wasser) werden teilweise durch die Lipiddoppelschicht behindert, können aber trotzdem durchgehen.

Bei Molekülen, die die Membran der Zelle frei durchlaufen können, hängt von ihrer Konzentration ab oder aus der Zelle ab oder aus. Die Tendenz von Molekülen, sich nach ihrem Konzentrationsgradienten (dh von höherer Konzentration als niedrigerer Konzentration) zu bewegen, wird aufgerufen Diffusion. Dies bedeutet, dass Moleküle aus der Zelle fließen, wenn mehr innerhalb der Zelle als draußen vorhanden ist. Ebenso fließen Moleküle, wenn es mehr außerhalb der Zelle gibt, in die Zelle, bis ein Gleichgewicht erfüllt ist. Betrachten Sie zum Beispiel eine Muskelzelle. Während des Trainings konvertiert die Zelle O2 in CO2. Wenn sauerstoffhaltiges Blut in den Muskel eindringt, wandert O2 von der Stelle, an der die Konzentration höher ist (im Blut), wo es niedriger ist (in den Muskelzellen), dass es niedriger ist (in den Muskelzellen). Gleichzeitig wandert CO2 aus den Muskelzellen (wo es höher ist) zum Blut (wo es niedriger ist). Die Diffusion erfordert keinen Energieverbrauch. Die Diffusion von Wasser erhält einen besonderen Namen, Osmose.

Bei größeren polaren Molekülen und geladenen Molekülen ist es schwieriger, die Zelle zu betreten und zu verlassen. Diese Klasse von Molekülen umfasst Ionen, Zucker, Aminosäuren (die Bausteine ​​von Proteinen) und viele weitere Dinge, die die Zelle benötigt, um zu überleben und zu funktionieren. Um dieses Problem zu beheben, verfügt die Zelle über Transportproteine, die es diesen Molekülen ermöglichen, sich in und aus der Zelle zu bewegen. Diese Transportproteine ​​machen 15-30% der Proteine ​​in der Zellmembran aus.

Transportproteine ​​sind in mehreren Formen und Größen erhältlich, aber alle erstrecken sich durch die Lipiddoppelschicht, und jedes Transportprotein verfügt. Es gibt Trägerproteine ​​(die auch als Transporter oder Permeeren bezeichnet werden), die an einem gelösten Stoff oder Molekül auf einer Seite der Membran binden und auf die andere Seite der Membran transportieren. Eine zweite Klasse von Transportproteinen enthält Kanalproteine. Kanalproteine ​​bilden im Membran hydrophile („wasserliebende“) Öffnungen, damit polare oder geladene Moleküle durchfließen können. Sowohl Kanalproteine ​​als auch Trägerproteine ​​erleichtern den Transport sowohl in als auch aus der Zelle aus.

Moleküle können durch Transportproteine ​​von hoher Konzentration auf niedrigere Konzentration durchlaufen. Dieser Prozess wird als passiver Transport oder erleichterte Diffusion bezeichnet. Es ähnelt der Diffusion von unpolaren Molekülen oder Wasser direkt durch die Lipiddoppelschicht, außer dass sie Transportproteine ​​benötigt.

Manchmal braucht eine Zelle Dinge aus der Umgebung, die in sehr geringer Konzentration außerhalb der Zelle vorhanden sind. Alternativ kann eine Zelle extrem niedrige Konzentrationen eines bestimmten gelösten Stoffes in der Zelle erfordern. Während die Diffusion die Konzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle ermöglichen würde, sich in Richtung Gleichgewicht zu bewegen, nannte ein Prozess aktiven Transport hilft, einen gelösten Stoff oder ein Molekül innerhalb oder außerhalb der Zelle zu konzentrieren. Der aktive Transport erfordert den Energieverbrauch, um ein Molekül gegen seinen Konzentrationsgradienten zu bewegen. Es gibt zwei Hauptformen des aktiven Transports in eukaryotischen Zellen. Der erste Typ besteht aus ATP-gesteuerten Pumpen. Diese Pumpen verwenden die ATP -Hydrolyse, um eine bestimmte Klasse von gelösten Stoff- oder Molekülen über die Membran zu transportieren, um sie entweder in oder außerhalb der Zelle zu konzentrieren. Der zweite Typ (Cotransporters genannt) Paare transportiert von einem Molekül gegen seinen Konzentrationsgradienten (von niedrig bis hoch), wobei ein zweites Molekül seinen Konzentrationsgradienten (von hoch nach niedrig) transportiert wird (von hoch nach niedrig).

Zellen verwenden auch einen aktiven Transport, um die richtige Ionenkonzentration aufrechtzuerhalten. Die Ionenkonzentration ist für die elektrischen Eigenschaften der Zelle sehr wichtig und steuert die Wassermenge in Zellen und andere wichtige Funktionen von Ionen. Zum Beispiel sind Magnesiumionen (Mg2+) für viele Proteine, die an der DNA -Reparatur und -wartung beteiligt sind. Calcium (Ca2+) ist auch in vielen Zellprozessen wichtig, und der aktive Transport hilft dabei, einen Calciumgradienten von 1: 10.000 aufrechtzuerhalten. Der Transport von Ionen über die Lipiddoppelschicht hängt nicht nur vom Konzentrationsgradienten ab, sondern auch von den elektrischen Eigenschaften der Membran, wo wie Ladungen sich abtauchen. Die Natrium-Potium-ATPase oder Na+ -K+ Pumpe hält eine höhere Natriumkonzentration außerhalb der Zelle bei. Fast ein Drittel des Energiebedarfs der Zelle wird in diesem Bestreben verbraucht. Dieser enorme Energieverbrauch für den aktiven Ionentransport bestätigt die Bedeutung der Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts von Molekülen in der richtigen Zellfunktion.

Zusammenfassung

ÖSmose ist die passive Diffusion von Wasser über die Zellmembran und erfordert keine Transportproteine. ACTIVE -Transport ist die Bewegung von Molekülen gegen ihren Konzentrationsgradienten (von niedriger bis hoher Konzentration) oder gegen ihren elektrischen Gradienten (in Richtung einer ähnlichen Ladung) und benötigt Proteintransporter und die zusätzliche Energie, entweder durch ATP -Hydrolyse oder durch Kopplung bis zum Abwärtstransport eines anderen gelösten Stoffes.