Разлика између осмозе и активног транспорта

Ћелија има много захтева да би могла да расте и размножава се, па чак и ћелије које не активно расту или се умножавају захтевају храњиве материје из окружења да би функционисале. Многи од ћелијских потреба су молекули који се могу наћи изван ћелије, укључујући воду, шећере, витамине и протеине.

Ћелијска мембрана има важне заштитне и структуралне функције и делује тако да држи ћелијски садржај одвојен од спољашњег окружења. Липидни двослојни ћелијски омотач састоји се од фосфолипида који имају хидрофобне (растворљиве у уљу, „вода који се боје“) репова који стварају баријеру многим растворима и молекулама у окружењу. Ова карактеристика ћелијске мембране омогућава да се ћелијско унутрашње окружење разликује од спољашњег окружења, али такође делује и као главна баријера за преузимање одређених молекула из околине и избацивање отпада.

Међутим, липидни двослојни не представља проблем за све молекуле. Хидрофобни (или растворљиви у уљу), неполарни молекули могу слободно дифузновати кроз ћелијску мембрану неометано. Ова класа молекула укључује гасове као што су кисеоник (О2), угљен диоксид (ЦО2) и азотни оксид (НО). Већи хидрофобни органски молекули такође могу проћи кроз плазма мембрану, укључујући одређене хормоне (као што су естроген) и витамине (као што је витамин Д). Мали, поларни молекули (укључујући воду) делимично су ометани липидним двослојем, али још увек могу проћи кроз њега.

За молекуле који могу слободно проћи кроз ћелијску мембрану, било да путују у ћелију или ван ње зависи од њихове концентрације. Позвана је тенденција кретања молекула према њиховом градијенту концентрације (то је од веће концентрације до ниже концентрације) дифузија. То значи да ће молекули исцурити из ћелије ако у унутрашњости ћелије има више него споља. Исто тако, ако их има више изван ћелије, молекули ће тећи у ћелију док се не постигне равнотежа. На пример, узмите у обзир мишићну ћелију. Током вежбања, ћелија претвара О2 у ЦО2. Док кисеонизована крв улази у мишић, О2 путује од места где је концентрација већа (у крви) до места где је нижа (у мишићним ћелијама). У исто време, ЦО2 излази из мишићних ћелија (где је виши) у крв (где је нижи). Дифузија не захтева трошење енергије. Дифузија воде је добила посебно име, осмоза.

За веће поларне молекуле и било које набијене молекуле улазак и излазак из ћелије је тежи јер не могу проћи кроз липидни слој. Ова класа молекула укључује јоне, шећере, аминокиселине (градивни блок протеина) и још много тога што ћелији треба да преживи и функционише. Да би решио овај проблем, ћелија има транспортне протеине који омогућавају овим молекулима да се крећу у и из ћелије. Ови транспортни протеини чине 15-30% протеина у ћелијској мембрани.

Транспортни протеини долазе у више облика и величина, али сви се протежу кроз липидни двослојни, а сваки транспортни протеин има специфичну врсту молекула коју транспортује. Постоје протеински носачи (који су такође познати као транспортери или пермеазе), који се на једну страну мембране вежу за раствор или молекулу и преносе на другу страну мембране. Друга класа транспортних протеина укључује протеинске канале. Канални протеини формирају хидрофилне („водену љубав“) отворе у мембрани да омогуће проток поларних или набијених молекула. И канални протеини и протеински носачи олакшавају транспорт и у ћелију и ван ње.

Молекуле могу путовати кроз транспортне протеине од високе концентрације до ниже концентрације. Овај процес се назива пасивни транспорт или олакшана дифузија. Слично је с дифузијом неполарних молекула или воде директно кроз липидни двослојни, осим што захтијева транспортне протеине.

Понекад ћелији требају ствари из окружења које су присутне у веома ниској концентрацији изван ћелије. Алтернативно, ћелија може захтевати екстремно ниске концентрације одређеног раствора унутар ћелије. Док би дифузија омогућила да се концентрације унутар и изван ћелије крећу ка равнотежи, процес који се зове активни превоз помаже концентрисању раствора или молекула унутар или изван ћелије. Активни транспорт захтева трошење енергије да би се молекул померио у односу на његов градијент концентрације. Постоје два главна облика активног транспорта у еукариотским ћелијама. Први тип се састоји од АТП пумпи. Ове пумпе користе АТП хидролизу да транспортују одређену класу раствора или молекула кроз мембрану да би се концентрисали унутар или ван ћелије. Друга врста (која се назива котранспортери) повезује транспорт једне молекуле против њеног градијента концентрације (од ниског до високог) са транспортом другог молекула низ његов градијент концентрације (од високог до ниског).

Ћелије такође користе активни транспорт за одржавање одговарајуће концентрације јона. Концентрација јона је веома важна за електрична својства ћелије, контрола количине воде у ћелијама и остале важне функције јона. На пример, магнезијум јони (МГ2 +) су веома важни за многе протеине који учествују у поправљању и одржавању ДНК. Калцијум (Ца2 +) је такође важан у многим ћелијским процесима, а активни транспорт помаже у одржавању градијента калцијума од 1: 10 000. Транспорт јона преко липидног слоја не зависи само од градијента концентрације, већ и од електричних својстава мембране, где се попут набоја одбијају. Натријум-калијум АТП-а или На + -К + пумпа одржава већу концентрацију натријума ван ћелије. Скоро једна трећина енергетске потребе ове ћелије троши се у овом настојању. Овај огроман енергетски издатак за активни транспорт јона поткрепљује важност одржавања равнотеже молекула у правилној ћелијској функцији.

Резиме

Осмосис је пасивна дифузија воде кроз ћелијску мембрану и не захтева јој транспортне протеине. Ацтиве транспорт је кретање молекула према њиховом концентрационом градијенту (од ниске до високе концентрације) или против њиховог електричног градијента (према сличном набоју) и захтева транспортере протеина и додатну енергију, било хидролизом АТП-а или спајањем на силазни транспорт другог раствора.