5.8: Активний транспорт та гомеостаз

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5781

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як штовхаючи Хамві в гору

Ви можете сказати по їхніх обличчях, що ці льотчики витрачають багато енергії, намагаючись підштовхнути цього Хамві вгору по схилу. Чоловіки беруть участь у змаганнях, які перевіряють їх грубу силу проти сили інших команд. Humvee важить близько 13,000 фунтів, тому потрібно кожна унція енергії, яку вони можуть зібрати, щоб перемістити його в гору проти сили тяжіння. Транспортування деяких речовин через плазмову мембрану трохи схоже на штовхання Хамві в гору - це неможливо зробити без додавання енергії.

Захисники змагаються в Aces Cop Combat — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Підштовхування машини в гору.

Що таке активний транспорт?

Деякі речовини можуть переходити в або з клітини через плазматичну мембрану без будь-якої енергії, необхідної, оскільки вони рухаються з області більш високої концентрації в область меншої концентрації. Цей вид транспорту називається пасивним транспортом, як ви дізналися в останньому розділі. Інші речовини потребують енергії, щоб часто перетнути плазмову мембрану, оскільки вони рухаються з області меншої концентрації в область з більш високою концентрацією. Цей вид транспорту називається активним транспортом. Енергія для активного транспорту надходить від енергонесучої молекули, яка називається АТФ (аденозинтрифосфат). Для активного транспорту також можуть знадобитися транспортні білки, такі як білки-носії, які вбудовані в плазматичну мембрану. Два види активного транспорту - насосний і везикульний транспорт.

Насос

Існують два насосних механізми (первинний і вторинний активний транспорти) для транспортування маломолекулярного матеріалу і макромолекул. Первинний активний транспорт переміщує іони по мембрані і створює різницю в заряді через цю мембрану. Первинна активна транспортна система використовує АТФ для переміщення речовини, наприклад іона, в клітину, і часто в той же час друга речовина переміщується з клітини. Натрієво-калієвий насос — це механізм активного транспорту, який переміщує іони натрію з клітини, а іони калію — у всі трильйони клітин організму! Обидва іони переміщуються з областей більш низької концентрації в більш високу, тому для цього «піднесеного» процесу потрібна енергія. Енергія забезпечується АТФ. Натрій-калієвий насос також вимагає білків-носіїв. Білки носіїв зв'язуються зі специфічними іонами або молекулами, і при цьому змінюють форму. Оскільки білки носіїв змінюють форму, вони переносять іони або молекули через мембрану. \(\PageIndex{2}\)На малюнку більш детально показано, як працює натрієво-калієвий насос і які конкретні ролі відіграють білки-носії в цьому процесі.

Щоб оцінити важливість натрієво-калієвого насоса, потрібно більше знати про ролі натрію і калію в організмі. Обидва є важливими дієтичними мінералами, тобто ви повинні отримувати їх у продуктах, які ви їсте. І натрій, і калій також є електролітами, що означає, що вони дисоціюють на іони (заряджені частинки) в розчині, що дозволяє їм проводити електрику. Нормальні функції організму вимагають дуже вузького діапазону концентрацій іонів натрію і калію в рідинях організму, як всередині, так і зовні клітин.

Натрій є основним іоном рідини поза клітинами. Нормальні концентрації натрію приблизно в 10 разів вище зовні, ніж всередині клітин.
Калій є основним іоном в рідині всередині клітин. Нормальні концентрації калію приблизно в 30 разів вище всередині, ніж зовні клітин.

Ці відмінності в концентрації створюють електричний градієнт через клітинну мембрану, званий мембранним потенціалом. Вторинний активний транспорт описує рух матеріалу за допомогою енергії електрохімічного градієнта, встановленого первинним активним транспортом. Використовуючи енергію електрохімічного градієнта, створеного первинною активною транспортною системою, інші речовини, такі як амінокислоти і глюкоза, можуть бути внесені в клітину через мембранні канали. Сам АТФ утворюється за допомогою вторинного активного транспорту за допомогою градієнта іонів водню в мітохондріоні. Щільно контролювати мембранний потенціал має вирішальне значення для життєво важливих функцій організму, включаючи передачу нервових імпульсів і скорочення м'язів. Великий відсоток енергії організму йде на підтримку цього потенціалу через мембрани його трильйонів клітин натрієво-калієвим насосом.

Транспорт везикул

Деякі молекули, такі як білки, занадто великі, щоб пройти через плазматичну мембрану, незалежно від їх концентрації всередині і зовні клітини. Дуже великі молекули перетинають плазматичну мембрану з іншим видом допомоги, званої транспортом везикул. Для транспортування везикул потрібна енергія, тому він також є видом активного транспорту. Існує два види транспорту бульбашок: ендоцитоз і екзоцитоз.

ендоцитоз

Ендоцитоз - це вид транспорту бульбашок, який переміщує речовину в клітину. Плазмова мембрана повністю поглинає речовина, від мембрани відщипується бульбашка, а везикула переносить речовину в клітину. Він використовується всіма клітинами організму, оскільки більшість важливих для них речовин полярні і складаються з великих молекул, і тому не можуть пройти через гідрофобну плазматичну мембрану. Коли вся клітина або інша тверда частинка охоплена, процес називається фагоцитозом. При поглинанні рідини процес називається пиноцитозом. Коли вміст приймається спеціально за допомогою рецепторів на плазматичній мембрані, це називається рецепторно-опосередкованим ендоцитозом.

Цілеспрямована варіація ендоцитозу використовує зв'язуючі білки в плазматичній мембрані, специфічні для певних речовин. Частинки зв'язуються з білками і плазматична мембрана інвагінатіруется, приносячи речовину і білки в клітину. Якщо проходження через мембрану мішені рецепторно-опосередкованого ендоцитозу виявиться неефективним, він не буде видалений з тканинних рідин або крові. Натомість він залишиться в цих рідинях і збільшиться в концентрації. Деякі захворювання людини викликані збоєм рецепторно-опосередкованого ендоцитозу. Наприклад, форма холестерину під назвою ліпопротеїдів низької щільності або ЛПНЩ (також називається «поганим» холестерином) видаляється з крові за допомогою рецепторно-опосередкованого ендоцитозу. При генетичному захворюванні людини сімейної гіперхолестеринемії рецептори ЛПНЩ дефектні або відсутні повністю. Люди з цим станом мають небезпечний для життя рівень холестерину в крові, оскільки їх клітини не можуть очистити хімічну речовину з крові.

Екзоцитоз

Екзоцитоз - це тип транспорту бульбашок, який переміщує речовину з клітини. Везикула, що містить речовину, переміщається по цитоплазмі до клітинної мембрани. Потім бульбашкова мембрана зливається з клітинною мембраною, і речовина вивільняється назовні клітини.

Гомеостаз і функція клітин

Щоб клітина нормально функціонувала, всередині клітини повинен підтримуватися стабільний стан. Наприклад, концентрація солей, поживних речовин та інших речовин повинна зберігатися в певному діапазоні. Процес підтримки стабільних умов всередині клітини (або всього організму) - це гомеостаз. Гомеостаз вимагає постійних коригувань, оскільки умови завжди змінюються як всередині, так і зовні клітини. Процеси, описані в цьому і попередніх уроках, відіграють важливу роль в гомеостазі. Переміщаючи речовини всередину і з клітин, вони підтримують умови в межах норми всередині клітин і організму в цілому.

Характеристика: Характеристика: Моє людське тіло

Підтримка належного балансу натрію і калію в рідині організму активним транспортом необхідно для самого життя, тому не дивно, що отримання правильного балансу натрію і калію в раціоні важливо для міцного здоров'я. Дисбаланс може збільшити ризик високого кров'яного тиску, серцевих захворювань, діабету та інших розладів.

Якщо ви схожі на більшість американців, натрій і калій поза балансом у вашому раціоні. Ви, швидше за все, споживаєте занадто багато натрію і занадто мало калію. Дотримуйтесь цих рекомендацій, щоб переконатися, що ці мінерали знаходяться в балансі в продуктах, які ви їсте:

Загальне споживання натрію повинно бути менше 2300 мг/сут. Найбільше солі в раціоні міститься в оброблених продуктах або додається за допомогою сільнички. Припиніть додавати сіль і почніть перевіряти етикетки харчових продуктів на вміст натрію. Продукти, які вважаються низьким вмістом натрію, мають менше 140 мг/порцію (або 5% добової норми).
Загальне споживання калію повинно становити 4700 мг/сут. Легко додати калій в раціон, вибираючи правильні продукти, і варіантів предостатньо. Більшість фруктів і овочів з високим вмістом калію, але особливо картопля, банани, апельсини, абрикоси, сливи, листова зелень, помідори, квасоля ліма та авокадо. Інші продукти з значною кількістю калію - риба, м'ясо, птиця та цільні зерна.

Рецензія

Визначте активний транспорт.
Що таке натрієво-калієвий насос? Чому це так важливо?
Назвіть два види транспорту бульбашок. Який тип переміщує речовини з клітини?
Які подібності та відмінності між фагоцитозом і піноцитозом?
Натрієво-калієвий насос являє собою:
1. Фосфоліпідний
2. Протеїн
3. Вуглеводи
4. Іон
Яке функціональне значення має зміна форми білка носія в натрієво-калієвому насосі після зв'язування іонів натрію?
Потенційно смертельна отрута, отримана з рослин під назвою уабейн, блокує натрієво-калієвий насос і заважає йому працювати. Як ви думаєте, що це робить з балансом натрію та калію в клітині? Поясніть свою відповідь.
Правда чи брехня. Натрій-калієвий насос використовує один білок для перекачування як натрію, так і калію.
Правда чи брехня. Бульбашки зроблені з ядерної мембрани.
Як називається електричний градієнт через клітинну мембрану?
Хімічні сигнальні молекули, звані нейромедіаторами, звільняються від нервових клітин (нейронів) через везикули. Це приклад:
1. Піноцитоз
2. фагоцитоз
3. ендоцитоз
4. Екзоцитоз
Енергія для активного транспорту надходить від
1. АТП
2. РНК
3. Білики-носії
4. Іони натрію
Транспортні білки, які переміщують речовини всередину і з клітини, знаходяться в якій структурі?

Дізнатися більше

https://bio.libretexts.org/link?16713#Explore_More

Атрибуції

Конкурс авіатора 1-го класу Колліна Шмідта, публічне надбання через Wikimedia Commons
Натрій-калієвий насос LadyOfHats Маріана Руїс Вільярреал, випущений у суспільне надбання через Wikimedia Commons
Типи ендоцитозу від LadyOfHats Маріана Руїс Вільярреал, випущені у суспільне надбання через Wikimedia Commons
Екзоцитоз OpenStax, ліцензований CC BY 4.0 через Вікісховище
Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0
Деякий текст адаптований з концепцій біології Open Stax, ліцензований CC BY 3.0