Informatie

Wat bevordert het actieve transport in een membraan?


Ik las over actief transport in membranen waar ATP wordt gebruikt. ATP "reageert" met de eiwitpomp en wordt omgezet in ADP en maakt ook een conformationele verandering aan de pomp. Nu kan deze conformationele verandering moleculen van lage concentraties naar gebieden met hoge concentraties transporteren, d.w.z. tegengesteld in hun concentratiegradiënt. Mijn probleem is dat om dit te laten gebeuren, we de hydrolyse van ATP moeten koppelen aan de "reactie" van transport langs het membraan.

Maar ik kan het niet vinden in studieboeken en ik kan me ook niet voorstellen of zo'n koppeling zinvol is. In veel leerboeken staat dat de energie die vrijkomt bij de hydrolyse van ATP wordt gebruikt om het pompen aan te drijven. Ik weet niet of het mogelijk is om twee reacties te koppelen zonder gemeenschappelijke tussenproducten. Ook op de foto's die het actieve transport laten zien, zoals aan de linkerkant, kunnen de moleculen niet door de lipiden.

Dus de moleculen bewegen gewoon van laag naar hoog, maar de beweging van hoog naar laag (diffusie) wordt geblokkeerd omdat de moleculen niet door de lipiden kunnen bewegen. Met andere woorden, het is niet alsof moleculen iets maken dat het anders zou worden geschonden omdat in het begin de beweging van de ene naar de andere kant wordt geblokkeerd. Ik bedoel, zelfs als we geen ATP hebben, zullen de moleculen niet van hoge naar lage concentratie stromen. Wat is dan het nut van "actief" transport? Even dacht ik het bovenstaande schema voor actief transport te beschrijven als de volgende reactie: $$ce{ATP + H2O + M_{in}} ightleftharpoons ce{ADP + P_i + M_{out}} $$

Wat kan worden gezien als de som van:

$$ce{ATP + H2O } ightleftharpoons ce{ADP + P_i}$$

en

$$ce{M_{in}} ightleftharpoons ce{M_{out}}$$

Maar zoals ik al zei, ik heb geen koppelingsreactie gevonden zonder gemeenschappelijke tussenproducten en het heeft ook geen zin om het tweede evenwicht te schrijven omdat de moleculen niet door de lipiden kunnen. Ook van de tweede reactie moeten we verwachten dat de concentraties aan beide kanten gelijk zijn (omdat de evenwichtsconstante gelijk moet zijn aan één) ongeacht de concentratie van ATP.

Dus kan het eerste evenwicht alleen het "actieve" transport beschrijven? Ik bedoel, als deze reactie exergonisch is, kunnen we inderdaad door de hoeveelheid ATP te variëren de concentratie van M buiten het membraan veranderen vanwege het Le Chatelier-principe.

Bewerking ATP-hydrolyse veroorzaakt conformatieveranderingen in het eiwitkanaal dat op zijn beurt moleculen van de ene naar de andere kant "doorgeeft". Prima. Maar wat als de lipiden doorlaatbaar waren voor de moleculen? Zouden dan niet de twee concentraties aan de twee kanten (in en uit) gelijk moeten zijn of omdat de ATP-hydrolyse exergonisch is, verwachten we een onbalans in de concentraties?


Maar ik kan het niet vinden in studieboeken en ik kan me ook niet voorstellen of zo'n koppeling zinvol is. In veel leerboeken staat dat de energie die vrijkomt bij de hydrolyse van ATP wordt gebruikt om het pompen aan te drijven.

Ik heb Moleculaire celbiologie van Lodish gelezen en het heeft veel gebruik gemaakt van "koppeling" van hydrolyse van ATP met andere reacties, dus het is waarschijnlijk correct om het zo te formuleren.

Ik weet niet of het mogelijk is om twee reacties te koppelen zonder gemeenschappelijke tussenproducten

Het kan voor elk transport een beetje anders zijn, maar ik beschouw actief transport als een resultaat van meerdere evenwichten die elk even belangrijk zijn als de andere. Je merkt misschien dat door de te vermenigvuldigen Ks van verschillende evenwichten, zouden de tussenliggende deeltjes worden weggelaten. Bijvoorbeeld

$ce{H2SO4 + H2O } ightleftharpoons ce{HSO4- + H3O+}$ : $K_1$

$ce{HSO4- + H2O } ightleftharpoons ce{SO4^{2-} + H3O+}$ : $K_2$

door deze twee te vermenigvuldigen krijgen we:

$ce{H2SO4 + 2H2O } ightleftharpoons ce{SO4^{2-} + 2H3O+}$ : $K_{overall}=K_1 imes K_2$

Door dit te doen, ontstaan ​​​​er een paar problemen, ten eerste negeer je het bestaan ​​​​van $HSO_4^-$ als tussenpersoon door samen te vatten. Ten tweede kun je de volgorde van de reactie ten onrechte als 3 beschouwen in plaats van twee gerelateerde reacties met de volgorde van 2. Ten derde, molaire concentraties berekend met $K_{algemeen}$ hebben de neiging om afwijkingen van de werkelijkheid te hebben, enzovoort...

Daarom

$ce{ATP + H2O + M_{in}} ightleftharpoons ce{ADP + P_i + M_{out}}$

is te geminimaliseerd om als een goede weergave van de reactie te worden beschouwd. Als voorbeeld voor een betere verduidelijking, hier is een paper over het actieve transport van $Ca^{2+}$ in de spiercellen en een van zijn foto's Het proces omvat 6 verschillende soorten van het enzym (E). Onthoud ook dat het hele proces door deze 6 . moet worden weergegeven evenwichten. (Nou, het vormen van een complex tussen een molecuul en een meervoudig geladen ion vereist verschillende andere evenwichten die we ook kunnen beschouwen (stapsgewijze productie van $Ag(NH_3)_2^{+}$ bijvoorbeeld).

omdat de evenwichtsconstante gelijk moet zijn aan eenheid

Ik heb dat niet zo goed begrepen, hoe dan ook

Wat bevordert het actieve transport in een membraan?

De hydrolyse van ATP levert de energie voor de volgende reactie(s). In ons voorbeeld van calciumtransport wordt een aspartaat gefosforyleerd, wat de eiwitstroomconformatie instabiel maakt, wat uiteindelijk leidt tot het verbruik van de extra energie. De extra energie wordt verbruikt via de beweging van de $Ca^{+2}$ tegen zijn entropie. De cyclus kan opnieuw en opnieuw plaatsvinden.

Lees voor meer informatie over de conformatie en stabiliteit van een enkel molecuul Krachtveld (chemie) en alkaanconformatie.


Elektrochemische gradiënt

We hebben eenvoudige concentratiegradiënten besproken - differentiële concentraties van een stof door een ruimte of een membraan - maar in levende systemen zijn gradiënten complexer. Omdat ionen in en uit cellen bewegen en omdat cellen eiwitten bevatten die niet over het membraan bewegen en meestal negatief geladen zijn, is er ook een elektrische gradiënt, een verschil in lading, over het plasmamembraan. Het inwendige van levende cellen is elektrisch negatief ten opzichte van de extracellulaire vloeistof waarin ze baden, en tegelijkertijd hebben cellen hogere concentraties kalium (K+) en lagere natriumconcentraties (Na+) dan de extracellulaire vloeistof. . Dus in een levende cel heeft de concentratiegradiënt van Na+ de neiging om het de cel in te drijven, en de elektrische gradiënt van Na+ (een positief ion) heeft ook de neiging om het naar binnen te drijven naar het negatief geladen binnenste. De situatie is echter complexer voor andere elementen zoals kalium. De elektrische gradiënt van K+, een positief ion, heeft ook de neiging om het de cel in te drijven, maar de concentratiegradiënt van K+ heeft de neiging om K+ te drijven. uit van de cel (Figuur). De gecombineerde gradiënt van concentratie en elektrische lading die een ion beïnvloedt, wordt de elektrochemische gradiënt genoemd.

Elektrochemische gradiënten ontstaan ​​uit de gecombineerde effecten van concentratiegradiënten en elektrische gradiënten. (credit: “Synaptitude”/Wikimedia Commons)

Injectie van een kaliumoplossing in iemands bloed is dodelijk, dit wordt gebruikt bij de doodstraf en euthanasie. Waarom denkt u dat een injectie met kaliumoplossing dodelijk is?


Dragereiwitten voor actief transport

Een belangrijke membraanaanpassing voor actief transport is de aanwezigheid van specifieke dragereiwitten of pompen om beweging te vergemakkelijken: er zijn drie soorten van deze eiwitten of transporters ([Figuur 2]). Een uniporter draagt ​​één specifiek ion of molecuul. Een symporter draagt ​​twee verschillende ionen of moleculen, beide in dezelfde richting. Een antiporter draagt ​​ook twee verschillende ionen of moleculen, maar in verschillende richtingen. Al deze transporters kunnen ook kleine, ongeladen organische moleculen zoals glucose vervoeren. Deze drie soorten dragereiwitten worden ook gevonden in gefaciliteerde diffusie, maar ze hebben geen ATP nodig om in dat proces te werken. Enkele voorbeelden van pompen voor actief transport zijn Na + -K + ATPase, dat natrium- en kaliumionen transporteert, en H + -K + ATPase, dat waterstof- en kaliumionen transporteert. Beide zijn antiporter-dragereiwitten. Twee andere dragereiwitten zijn Ca 2+ ATPase en H + ATPase, die respectievelijk alleen calcium- en alleen waterstofionen dragen. Beide zijn pompen.

Figuur 2: Een uniporter draagt ​​één molecuul of ion. Een symporter draagt ​​twee verschillende moleculen of ionen, beide in dezelfde richting. Een antiporter draagt ​​ook twee verschillende moleculen of ionen, maar in verschillende richtingen. (credit: wijziging van het werk door “Lupask'8221/Wikimedia Commons)


Celbiologie Hoofdstuk 12: Membraantransport I

-KANALEN: vormen kleine HYDROFILISCHE PORIN over het membraan waardoor dergelijke stoffen door DIFFUSIE kunnen passeren.

*Ionenkanalen laten ALLEEN doorgang van ANORGANISCHE IONEN toe omdat deze ionen elektrisch geladen zijn, hun bewegingen kunnen een krachtige elektrische kracht of spanning over het membraan creëren.

2) Kleine ONGELADEN POLAIRE moleculen H2O, ethanol, glycerol.

3) Grotere ONGELADEN POLAR-moleculen aminozuren, glucose, nucleosiden.

4) IONEN H+, Na+, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+, HCO3-. (MINSTE DOORLAATBAAR).

-Positieve flux houdt in dat beweging plaatsvindt in de richting waarin flux wordt bepaald.

ACTIEF transport is de GEstimuleerde beweging van een opgeloste stof over een membraan TEGEN zijn ELEKTROCHEMISCHE GRADINT via een speciaal type TRANSPORTER-eiwit, een POMP.
*Actief transport VEREIST een INPUT van ENERGIE-ATP-hydrolyse, een transmembraan-iongradiënt of zonlicht.

*De membraanpotentiaal oefent een kracht uit op elk geladen molecuul, typisch zal de negatief geladen cytosolische omgeving positief geladen opgeloste stoffen de cel in trekken, terwijl negatief geladen deeltjes naar buiten worden geduwd. Bovendien zal een geladen opgeloste stof ook de neiging hebben om langs zijn concentratiegradiënt te bewegen. De ELEKTROCHEMISCHE GRADINT is de NETTO AANDRIJVENDE KRACHT (samenstelling van membraanpotentiaal + concentratiegradiënt) die de geladen opgeloste stof door een celmembraan drijft.

*Osmose is de beweging van WATER NAAR DE CONCENTRATIEGRADINT - van een gebied met een LAGE opgeloste stofconcentratie (HOGE WATERCONCENTRATIE) naar een gebied met een HOGE opgeloste stofconcentratie (LAAG WATERCONCENTRATIE).
*OSMOLARITEIT (# opgeloste moleculen in een oplossing) heeft een INVERSE relatie met OSMOSE (of wateractiviteit).

2) ATP-GEDREVEN POMPEN
-koppel het OPHOOG VERVOER van een opgeloste stof met de HYDROLYSE van ATP.

*Voor elke ATP die in de cel wordt gehydrolyseerd via de elektrogene pomp, worden 3 Na+-ionen naar OUT verplaatst en 2 K+ naar IN.

*Wanneer een spiercel wordt gestimuleerd, stroomt Ca^2+ vanuit het SARCOPLASMIC RETICULUM (SR) in het cytosol en veroorzaakt het een spiercontractie. Na samentrekking gebruikt de Ca ^ 2 + -pomp ATP om zichzelf te FOSFOREREN, bovendien elimineert de conformatieverandering Ca ^ 2 + -bindingsplaatsen en werpt de 2 Ca ^ 2 + -ionen terug in de SR (gevonden in ER)

*Wanneer de K+ lekkanalen GESLOTEN zijn, is de membraanpotentiaal gelijk aan nul omdat de ladingen van het membraan (aan elke kant) PRECIES gelijk zijn. De concentratiegradiënt en membraanpotentiaal hebben dus een evenwichtstoestand bereikt waarin er GEEN NETTO BEWEGING van K+-ionen is. Wanneer echter ionenkanalen openen, stroomt K+ door zijn concentratiegradiënt (uit de cel), waardoor een membraanpotentiaal ontstaat, dat uiteindelijk K+ terug in de cel drijft.

*Ondanks de verschillende klassen van neuronen, is de vorm van het signaal altijd DEZELFDE, bestaande uit VERANDERINGEN in het ELEKTROCHEMISCHE MEMBRAAN over het NEURON'S PLASMA-MEMBRAAN.


Endocytose

Endocytose is een type actief transport dat deeltjes, zoals grote moleculen, delen van cellen en zelfs hele cellen, in een cel beweegt. Er zijn verschillende variaties van endocytose, maar ze hebben allemaal een gemeenschappelijk kenmerk: het plasmamembraan van de cel dringt binnen en vormt een zak rond het doeldeeltje. De pocket knijpt af, waardoor het deeltje in een nieuw gecreëerde vacuole komt te zitten die wordt gevormd uit het plasmamembraan.

Figuur 3: Drie variaties van endocytose worden getoond. (a) Bij één vorm van endocytose, fagocytose, omringt het celmembraan het deeltje en knijpt het af om een ​​intracellulaire vacuole te vormen. (b) Bij een ander type endocytose, pinocytose, omringt het celmembraan een klein volume vloeistof en knijpt het af, waardoor een blaasje wordt gevormd. (c) Bij receptor-gemedieerde endocytose is de opname van stoffen door de cel gericht op een enkel type stof dat bindt aan de receptor op het externe celmembraan. (credit: wijziging van het werk van Mariana Ruiz Villarreal)

Fagocytose is het proces waarbij grote deeltjes, zoals cellen, door een cel worden opgenomen. Wanneer bijvoorbeeld micro-organismen het menselijk lichaam binnendringen, verwijdert een type witte bloedcel, een neutrofiel genaamd, de indringer door dit proces, waarbij het micro-organisme wordt omhuld en opgeslokt, dat vervolgens wordt vernietigd door de neutrofiel (Figuur 3]).

Een variatie van endocytose wordt pinocytose genoemd. Dit betekent letterlijk 'het drinken van cellen' en werd genoemd in een tijd dat de veronderstelling was dat de cel doelbewust extracellulair vocht opnam. In werkelijkheid neemt dit proces de opgeloste stoffen op die de cel nodig heeft uit de extracellulaire vloeistof ([Figuur 3]).

Een gerichte variatie van endocytose maakt gebruik van bindende eiwitten in het plasmamembraan die specifiek zijn voor bepaalde stoffen ([Figuur 3]). De deeltjes binden zich aan de eiwitten en het plasmamembraan dringt binnen, waardoor de stof en de eiwitten de cel binnenkomen. Als passage over het membraan van het doelwit van receptor-gemedieerde endocytose niet effectief is, zal het niet worden verwijderd uit de weefselvloeistoffen of het bloed. In plaats daarvan blijft het in die vloeistoffen en neemt de concentratie toe. Sommige menselijke ziekten worden veroorzaakt door een falen van receptor-gemedieerde endocytose. Bijvoorbeeld, de vorm van cholesterol die lipoproteïne met lage dichtheid of LDL wordt genoemd (ook wel “bad” cholesterol genoemd) wordt uit het bloed verwijderd door receptor-gemedieerde endocytose. Bij de menselijke genetische ziekte familiale hypercholesterolemie zijn de LDL-receptoren defect of ontbreken ze volledig. Mensen met deze aandoening hebben levensbedreigende niveaus van cholesterol in hun bloed, omdat hun cellen de chemische stof niet uit hun bloed kunnen verwijderen.


Ionoforen kunnen worden gebruikt als hulpmiddelen om de doorlaatbaarheid van membranen voor specifieke ionen te vergroten

Ionoforen zijn kleine hydrofobe moleculen die oplossen in lipidedubbellagen en hun permeabiliteit voor specifieke anorganische ionen vergroten. De meeste worden gesynthetiseerd door micro-organismen (vermoedelijk als biologische wapens tegen concurrenten of prooien). Ze worden veel gebruikt door celbiologen als hulpmiddelen om de ionenpermeabiliteit van membranen te vergroten in onderzoeken naar synthetische dubbellagen, cellen of celorganellen. Er zijn twee klassen van ionoforen—mobiele ionendragers en kanaalvormers (Figuur 11-5). Beide typen werken door de lading van het getransporteerde ion af te schermen zodat het de hydrofobe binnenkant van de lipidedubbellaag kan binnendringen. Omdat ionoforen niet aan energiebronnen zijn gekoppeld, laten ze de netto beweging van ionen alleen langs hun elektrochemische gradiënten toe.

Afbeelding 11-5

Ionoforen: een kanaalvormer en een mobiele ionendrager. In beide gevallen vindt de netto ionenstroom alleen plaats langs een elektrochemische gradiënt.

valinomycine is een voorbeeld van een mobiele ionendrager. Het is een ringvormig polymeer dat K+ door zijn elektrochemische gradiënt transporteert door K+ aan de ene kant van het membraan op te nemen, door de dubbellaag te diffunderen en K+ aan de andere kant vrij te geven. evenzo, FCCP, een mobiele ionendrager die membranen selectief naar H+ laat lekken, wordt vaak gebruikt om de H+ elektrochemische gradiënt over het mitochondriale binnenmembraan te dissiperen, waardoor de mitochondriale ATP-productie wordt geblokkeerd. A23187 is nog een ander voorbeeld van een mobiele ionendrager, alleen transporteert het tweewaardige kationen zoals Ca 2+ en Mg 2+. Wanneer cellen worden blootgesteld aan A23187, komt Ca2+ het cytosol binnen vanuit de extracellulaire vloeistof via een steile elektrochemische gradiënt. Dienovereenkomstig wordt deze ionofoor veel gebruikt om de concentratie van vrij Ca2+ in het cytosol te verhogen, waardoor bepaalde celsignaleringsmechanismen worden nagebootst (besproken in Hoofdstuk 15).

Gramicidine A is een voorbeeld van een kanaalvormende ionofoor. Het is een dimere verbinding van twee lineaire peptiden (van elk 15 hydrofobe aminozuren), die om elkaar heen winden om een ​​dubbele helix te vormen. Men denkt dat twee gramicidine-dimeren van begin tot eind samenkomen over de lipidedubbellaag om wat waarschijnlijk de eenvoudigste van alle transmembraankanalen is, die selectief monovalente kationen door hun elektrochemische gradiënten laat stromen. Gramicidine wordt gemaakt door bepaalde bacteriën, misschien om andere micro-organismen te doden door de H+-, Na+- en K+-gradiënten die essentieel zijn voor hun overleving te laten instorten, en het is nuttig geweest als antibioticum.


5.3 Actief transport

Als een stof tegen de concentratiegradiënt in de cel in moet, moet de cel vrije energie gebruiken, vaak geleverd door ATP, en dragereiwitten die als pompen werken om de stof te verplaatsen. Stoffen die door dit mechanisme, een proces dat actief transport wordt genoemd, door membranen bewegen, omvatten ionen, zoals Na+ en K+. De gecombineerde gradiënten die de beweging van een ion beïnvloeden, zijn de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt (het verschil in lading over het membraan) samen worden deze gradiënten de elektrochemische gradiënt genoemd. Voor het verplaatsen van stoffen tegen een elektrochemische gradiënt is vrije energie nodig. De natrium-kaliumpomp, die elektrochemische gradiënten over de membranen van zenuwcellen bij dieren handhaaft, is een voorbeeld van primair actief transport. De vorming van H+-gradiënten door secundair actief transport (co-transport) is belangrijk bij cellulaire ademhaling en fotosynthese en het verplaatsen van glucose in cellen.

De gepresenteerde informatie en de voorbeelden die worden benadrukt in de sectie ondersteunen concepten en leerdoelen die worden beschreven in Big Idea 2 van het AP ® Biology Curriculum Framework. De leerdoelen die in het Curriculum Framework worden vermeld, bieden een transparante basis voor de AP ® Biologie-cursus, een onderzoekende laboratoriumervaring, educatieve activiteiten en AP ® -examenvragen. Een leerdoel voegt vereiste inhoud samen met een of meer van de zeven wetenschapspraktijken (SP).

Groot idee 2 Biologische systemen gebruiken vrije energie en moleculaire bouwstenen om te groeien, te reproduceren en om dynamische homeostase te behouden.
Blijvend begrip 2.B Groei, reproductie en dynamische homeostase vereisen dat cellen interne omgevingen creëren en onderhouden die verschillen van hun externe omgevingen.
Essentiële kennis 2.B.2 Groei en dynamische homeostase worden in stand gehouden door de constante beweging van moleculen over membranen.
Wetenschapspraktijk 1.4 De student kan representaties en modellen gebruiken om situaties te analyseren of problemen kwalitatief en kwantitatief op te lossen.
Leerdoel 2.12 De student kan representaties en modellen gebruiken om situaties te analyseren of problemen kwalitatief en kwantitatief op te lossen om te onderzoeken of dynamische homeostase behouden blijft door de actieve beweging van moleculen over membranen.

Ondersteuning voor docenten

Bespreek met de leerlingen de verschillen tussen passief en actief vervoer met behulp van beelden zoals deze video.

De Science Practice Challenge-vragen bevatten aanvullende testvragen voor dit gedeelte die u zullen helpen bij de voorbereiding op het AP-examen. Deze vragen hebben betrekking op de volgende normen:
[APLO 2.10][APLO 2.17][APLO 1.2][APLO 3.24]

Actieve transportmechanismen vereisen het gebruik van de energie van de cel, meestal in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP). Als een stof tegen zijn concentratiegradiënt in de cel moet komen - dat wil zeggen, als de concentratie van de stof in de cel groter is dan de concentratie in de extracellulaire vloeistof (en vice versa) - moet de cel energie gebruiken om de stof te verplaatsen. Sommige actieve transportmechanismen verplaatsen materialen met een klein molecuulgewicht, zoals ionen, door het membraan. Andere mechanismen transporteren veel grotere moleculen.

Elektrochemische gradiënt

We hebben eenvoudige concentratiegradiënten besproken - differentiële concentraties van een stof door een ruimte of een membraan - maar in levende systemen zijn gradiënten complexer. Omdat ionen in en uit cellen bewegen en omdat cellen eiwitten bevatten die niet over het membraan bewegen en meestal negatief geladen zijn, is er ook een elektrische gradiënt, een verschil in lading, over het plasmamembraan. Het inwendige van levende cellen is elektrisch negatief ten opzichte van de extracellulaire vloeistof waarin ze baden, en tegelijkertijd hebben cellen hogere concentraties kalium (K+) en lagere natriumconcentraties (Na+) dan de extracellulaire vloeistof. . Dus in een levende cel heeft de concentratiegradiënt van Na+ de neiging om het de cel in te drijven, en de elektrische gradiënt van Na+ (een positief ion) heeft ook de neiging om het naar binnen te drijven naar het negatief geladen binnenste. De situatie is echter complexer voor andere elementen zoals kalium. De elektrische gradiënt van K+, een positief ion, heeft ook de neiging om het de cel in te drijven, maar de concentratiegradiënt van K+ heeft de neiging om K+ te drijven. uit van de cel (Figuur 5.17). De gecombineerde gradiënt van concentratie en elektrische lading die een ion beïnvloedt, wordt de elektrochemische gradiënt genoemd.

Visuele verbinding

  1. Transport van aminozuren naar de cel neemt toe
  2. Transport van aminozuren naar de cel stopt.
  3. Het transport van aminozuren naar de cel wordt niet beïnvloed door de pH.
  4. Transport van aminozuren naar de cel neemt af.

Tegen een helling in bewegen

Om stoffen tegen een concentratie of elektrochemische gradiënt in te verplaatsen, moet de cel energie gebruiken. Deze energie wordt gewonnen uit ATP dat wordt gegenereerd door het metabolisme van de cel. Actieve transportmechanismen, gezamenlijk pompen genoemd, werken tegen elektrochemische gradiënten. Kleine stoffen passeren constant plasmamembranen. Actief transport handhaaft concentraties van ionen en andere stoffen die levende cellen nodig hebben bij deze passieve bewegingen. Een groot deel van de toevoer van metabole energie van een cel kan worden besteed aan het in stand houden van deze processen. (Het grootste deel van de metabole energie van een rode bloedcel wordt gebruikt om de onbalans tussen de uitwendige en inwendige natrium- en kaliumspiegels die de cel nodig heeft, in stand te houden.) Omdat actieve transportmechanismen afhankelijk zijn van het metabolisme van een cel voor energie, zijn ze gevoelig voor veel metabolische vergiften die interfereren met de levering van ATP.

Er bestaan ​​twee mechanismen voor het transport van materiaal met een klein molecuulgewicht en kleine moleculen. Primair actief transport verplaatst ionen over een membraan en creëert een verschil in lading over dat membraan, dat direct afhankelijk is van ATP. Secundair actief transport beschrijft de beweging van materiaal die het gevolg is van de elektrochemische gradiënt die tot stand wordt gebracht door primair actief transport waarvoor niet direct ATP nodig is.

Dragereiwitten voor actief transport

Een belangrijke membraanaanpassing voor actief transport is de aanwezigheid van specifieke dragereiwitten of pompen om beweging te vergemakkelijken: er zijn drie soorten van deze eiwitten of transporters (Figuur 5.18). Een uniporter draagt ​​één specifiek ion of molecuul. Een symporter draagt ​​twee verschillende ionen of moleculen, beide in dezelfde richting. Een antiporter draagt ​​ook twee verschillende ionen of moleculen, maar in verschillende richtingen. Al deze transporters kunnen ook kleine, ongeladen organische moleculen zoals glucose vervoeren. Deze drie soorten dragereiwitten worden ook gevonden in gefaciliteerde diffusie, maar ze hebben geen ATP nodig om in dat proces te werken. Enkele voorbeelden van pompen voor actief transport zijn Na + -K + ATPase, dat natrium- en kaliumionen transporteert, en H + -K + ATPase, dat waterstof- en kaliumionen transporteert. Beide zijn antiporter-dragereiwitten. Twee andere dragereiwitten zijn Ca 2+ ATPase en H + ATPase, die respectievelijk alleen calcium- en alleen waterstofionen dragen. Beide zijn pompen.

Dagelijkse verbinding voor AP®-cursussen

Het primaire actieve transport dat functioneert met het actieve transport van natrium en kalium maakt secundair actief transport mogelijk. De tweede transportmethode wordt nog steeds als actief beschouwd omdat deze net als primair transport afhankelijk is van het gebruik van energie (illustratief voorbeeld).

Een van de belangrijkste pompen in dierlijke cellen is de natrium-kaliumpomp (Na + -K + ATPase), die de elektrochemische gradiënt (en de juiste concentraties van Na + en K + ) in levende cellen handhaaft. De natrium-kaliumpomp verplaatst K+ de cel in terwijl hij tegelijkertijd Na+ naar buiten verplaatst, in een verhouding van drie Na+ voor elke twee K+-ionen die naar binnen worden gebracht. Het Na+-K+ATPase bestaat in twee vormen, afhankelijk van op zijn oriëntatie op de binnen- of buitenkant van de cel en zijn affiniteit voor natrium- of kaliumionen. Het proces bestaat uit de volgende zes stappen:

  1. Met het enzym gericht naar het binnenste van de cel, heeft de drager een hoge affiniteit voor natriumionen. Drie ionen binden aan het eiwit.
  2. De eiwitdrager hydrolyseert ATP en een laag-energetische fosfaatgroep hecht zich eraan.
  3. Als gevolg hiervan verandert de drager van vorm en heroriënteert zich naar de buitenkant van het membraan. De affiniteit van het eiwit voor natrium neemt af en de drie natriumionen verlaten de drager.
  4. De vormverandering verhoogt de affiniteit van de drager voor kaliumionen, en twee van dergelijke ionen hechten zich aan het eiwit. Vervolgens laat de laagenergetische fosfaatgroep los van de drager.
  5. Met de fosfaatgroep verwijderd en kaliumionen eraan gehecht, herpositioneert het dragereiwit zichzelf naar het binnenste van de cel.
  6. Het dragereiwit heeft in zijn nieuwe configuratie een verminderde affiniteit voor kalium en de twee ionen komen vrij in het cytoplasma. Het eiwit heeft nu een hogere affiniteit voor natriumionen en het proces begint opnieuw.

Als gevolg van dit proces zijn er verschillende dingen gebeurd. Op dit punt zijn er meer natriumionen buiten de cel dan binnen en meer kaliumionen binnen dan buiten. Voor elke drie natriumionen die naar buiten gaan, komen er twee kaliumionen naar binnen. Dit heeft tot gevolg dat het interieur iets negatiever is ten opzichte van het exterieur. Dit verschil in sturing is van belang om de voorwaarden te scheppen die nodig zijn voor het secundaire proces. Daarom is de natrium-kaliumpomp een elektrogene pomp (een pomp die een onbalans in de lading creëert) die bijdraagt ​​aan de membraanpotentiaal.


Transport van ionen door celmembraan

De levende organismen kunnen worden opgelost in organen, klieren, weefsels, cellen en organellen. Het is heel interessant in de biologie om te weten hoe opgeloste stoffen en water in en uit cellen en organellen komen. De meeste aandacht moet worden besteed aan erytrocyten en mitochonenhydrion. Het celmembraan is een complexe lipoproteïnestructuur.

Sommige kanalen zijn continu open, terwijl andere poorten hebben, d.w.z. ze hebben poorten die open of dicht gaan. Sommige worden gepoort door veranderingen in membraanpotentiaal (voltage-gated), terwijl andere worden geopend of gesloten wanneer ze een ligand binden (ligand-gated).

Het ligand is vaak extern (neurotransmitter of hormoon) of intern (intracellulair Ca++, cAMP). Andere transporteiwitten zijn dragers die ionen en andere moleculen binden en vervolgens hun configuratie veranderen, waarbij het gebonden molecuul van de ene kant van het celmembraan naar de andere wordt verplaatst.

Moleculen verplaatsen zich van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie (langs hun chemische gradiënt). Kationen verplaatsen zich naar negatief geladen gebieden, terwijl anionen naar positief geladen gebieden gaan (naar beneden in hun elektrische gradiënt), ligand-gated kanaal.

Sommige dragereiwitten worden uniports genoemd omdat ze slechts één stof transporteren. Anderen worden symporten genoemd omdat transport de binding van meer dan één stof aan het trans & shyport-eiwit vereist en de stoffen samen over het membraan worden getransporteerd.

In het darmslijmvlies dat verantwoordelijk is voor het cotransport door gefaciliteerde diffusie van Na+ en glu­cose vanuit het darmlumen naar mucosale cellen. Andere transporters worden anti-poorten genoemd omdat ze de ene stof voor de andere verwisselen. Voorbeeld: Na + – K + ATPase.

Het katalyseert de hydrolyse van ATP tot ADP en gebruikt de energie om 3Na+ uit de cel te extruderen en 2K+ in de cel te brengen voor elke mol gehydrolyseerd ATP. De pomp zou een koppelingsverhouding van 3/2 hebben. De activiteit ervan wordt geremd door ouabaïne en is gerelateerd aan digitalisglycosiden die worden gebruikt bij de behandeling van hartfalen.

Na + -K + ATPase is een heterodimeer dat bestaat uit α- en β-subeenheid.

Na+ en K+ transport vindt plaats via een subeenheid.

β-subeenheid is een glycoproteïne.

Stoffen die door eenvoudige diffusie door de lipidedubbellaag van het celmembraan gaan, zijn:

1. Alle vetoplosbare stoffen.

2. Vetoplosbare gassen voornamelijk CO2, O2 en N2.

3. Water, hoewel niet oplosbaar in vet, gaat door vanwege de kleine moleculaire grootte en de hoge kinetische energie.

Stoffen die door eenvoudige diffusie door eiwitkanalen van het celmembraan gaan, zijn:

1. Ionen voornamelijk Na+, K+ en Ca++.

A. Passieve diffusie:

1. Sommige opgeloste stoffen gaan door het celmembraan door eenvoudige diffusie met de concentra­tion-gradiënt.

Dit kan worden uitgedrukt door de wijziging van de wet van Fick:

waarbij, P = de permeabiliteitscoëfficiënt.

C0 en Cl = de concentratie van de oplossing buiten en binnen het membraan, respectievelijk.

ds/dt = bewegingssnelheid van opgeloste stof.

2. In lipiden oplosbare opgeloste stoffen gaan gemakkelijker door celmembranen dan in lipiden onoplosbare opgeloste stoffen. Omdat het celmembraan bestaat uit kleine met water gevulde poriën van ra­dius ongeveer 0,4 nm. waardoor in water oplosbare opgeloste stoffen met een geschikte moleculaire grootte passeren, omgeven door lipidegebieden waardoor in vet oplosbare opgeloste stoffen binnendringen.

3. Water diffundeert door de celporiën van een oplossing met een lage concentratie naar een oplossing met een hoge concentratie en deze 'bulkstroom' van vloeistof door het membraan zal de moleculen die in de richting van de stroom diffunderen versnellen en degenen die binnenstromen vertragen de andere kant. Dit 'slepen'-effect is een tweede kracht die in passieve diffusie werkt.

4. De derde kracht die kan werken is een elektrische potentiaal over het membraan. Veel celmembranen kunnen een potentieel verschil tussen binnen en buiten behouden en de potentiaalgradiënt fungeert als een drijvende kracht voor passief transport door de cel. Het membraan fungeert als een passieve barrière.

B. Gefaciliteerde overdracht:

1. Sommige verbindingen, bijv. suiker, aminozuren, gaan sneller door membranen dan verwacht. Dit vanwege het effect van een drager.

2. De drager in het membraan combineert met de te transporteren stof en wordt op de een of andere manier door het membraan getransporteerd en aan de andere kant vrijgegeven.

3. Bij enzymatische reacties is er een “verzadigingseffect”. De transportsnelheid van de opgeloste stof neemt toe wanneer de drager, het enzym, verzadigd is. Dit type wordt soms “gekatalyseerde diffusie'8221 genoemd.

4. Een ander mechanisme is dat de over te dragen stof wordt omgezet in een andere die het membraan gemakkelijker zal binnendringen, bijvoorbeeld het mitochondriale membraan is ondoordringbaar voor acyl-co-enzym A-derivaten. De acylgroep wordt overgebracht naar car­nitine om acylcarnitinederivaat te vormen dat door het membraan kan gaan. Het acyl-co-enzym A-derivaat wordt vervolgens hervormd aan de andere kant van het mem­brane.

Vetzuren kunnen ook in en uit mitochondriën worden overgebracht.

Acetyl-CoA in de mitochondriën kan worden overgebracht naar oxaalacetaat om citraat op te leveren waarvoor het mitochondriale membraan permeabel is. Het citraat gaat naar het cytoplasma waar het enzymatisch wordt gesplitst om opnieuw acetyl-CoA te geven.

1. Het celmembraan vormt holtes of invaginaties die materialen aan de buitenkant naar de binnenkant van de cel kunnen trekken.

2. De blaasjes strekken zich uit in de cel waar ze worden afgeknepen en geven uiteindelijk hun inhoud op een onbekende manier in de cel af.

3. Dit proces vindt plaats bij de foetus en bij pasgeboren dieren en helpt bij de opname van intact eiwit uit de darm.

D. Transport van ionen:

1. Het membraan zelf bevat polaire groepen en is daarom elektrisch geladen.

2. Het transport van de meeste ionen verloopt langzamer dan de niet-elektrolyten. Maar H + , OH − penetreren gemakkelijk alle celmembranen. De rode cel wordt gemakkelijk gepenetreerd door Cl − en HCO − 3.

3. In het geval van ionen, in het bijzonder Na+ en K+, is de permeabiliteit erg klein. De hoge concentratie van K+ en lage concentratie van Na+ die vaak in cellen worden aangetroffen, worden in stand gehouden door een speciaal mechanisme waarbij energie wordt verbruikt.

E. Actief transport:

1. Het proces waarbij opgeloste stoffen vaak door membranen heen kunnen gaan tegen hun con­centratiegradiënt in, vereist energie. Dit proces wordt actief transport genoemd.

2. Actief transport is betrokken bij de opname uit de dunne darm van glucose en galactose, aminozuren en andere stoffen die belangrijk zijn voor het lichaam.

3. Een actief transportapparaat dat Na+ naar buiten en K+ dwingt, wordt de '8220 Natriumpomp'8221 genoemd.

4. Het mechanisme vereist een drager die in twee vormen kan bestaan ​​met verschillende af­finiteiten voor Na+ en K+. ATPase is daarbij betrokken (zie actief transport van glucose).


Actief transport

Actief transport is de beweging van ionen of moleculen door een celmembraan in de richting tegengesteld aan die van diffusie, dat wil zeggen van een gebied met een lagere concentratie naar een gebied met een hogere concentratie. Actief transport vereist de hulp van een type eiwit dat een dragereiwit wordt genoemd, waarbij gebruik wordt gemaakt van energie die wordt geleverd door ATP. Eén type actief transportkanaal zal binden aan iets dat het zou moeten transporteren - bijvoorbeeld een natriumion en het vasthouden totdat een ATP-molecuul langskomt en zich aan het eiwit bindt.

Een ander type actief transport is 'secundair' actief transport. Bij deze vorm van actief transport gebruikt de eiwitpomp zelf geen ATP, maar moet de cel ATP gebruiken om te kunnen blijven functioneren.

In 1848 suggereerde de Duitse fysioloog Emil Heinrich du Bois-Reymond de mogelijkheid van actief transport van stoffen door membranen. Rosenberg (1948) formuleerde het concept van actief transport op basis van energetische overwegingen, maar zou later opnieuw worden gedefinieerd.

In tegenstelling tot passief transport, dat gebruikmaakt van de kinetische energie en natuurlijke entropie van moleculen die langs een gradiënt bewegen, gebruikt actief transport cellulaire energie om ze tegen een gradiënt, polaire afstoting of andere weerstand in te bewegen. Actief transport wordt meestal geassocieerd met het accumuleren van hoge concentraties moleculen die de cel nodig heeft, zoals ionen, glucose en aminozuren.

Classificaties en functies van actief transport

Actieve transportmechanismen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën. Primair actief transport gebruikt direct een bron van chemische energie (bijv. ATP) om moleculen tegen hun gradiënt over een membraan te bewegen. Secundair actief transport (cotransport) daarentegen gebruikt een elektrochemische gradiënt - gegenereerd door actief transport - als energiebron om moleculen naar hun gradiënt te verplaatsen, en vereist dus niet direct een chemische energiebron zoals ATP.

Primair actief transport: De meeste enzymen die dit type transport uitvoeren, zijn transmembraan-ATPasen. Een primaire ATPase die universeel is voor alle dieren, is de natrium-kaliumpomp, die helpt om het celpotentieel te behouden. Een van de belangrijkste pompen in dierlijke cellen is de natrium-kaliumpomp, die Na+ uit cellen beweegt en K+ erin. Omdat het transportproces ATP als energiebron gebruikt, wordt het beschouwd als een voorbeeld van primair actief transport.

Secundair actief transport: Bij secundair actief transport wordt de beweging van de natriumionen langs hun gradiënt gekoppeld aan het bergopwaarts transport van andere stoffen door een gedeeld dragereiwit (een cotransporter). In de onderstaande figuur laat een dragereiwit bijvoorbeeld natriumionen naar beneden bewegen, maar brengt tegelijkertijd een glucosemolecuul omhoog en in de cel. Het dragereiwit gebruikt de energie van de natriumgradiënt om het transport van glucosemoleculen aan te drijven.

In augustus 1960 presenteerde Robert K. Crane in Praag voor het eerst zijn ontdekking van het natrium-glucose-cotransport als het mechanisme voor de opname van glucose in de darm. Crane's ontdekking van cotransport was het allereerste voorstel voor fluxkoppeling in de biologie.

Soorten actief transport

  • Antiport-pompen - Anti-poortpompen zijn pompen die de ene stof in de ene richting transporteren en een andere stof de andere kant op. Deze pompen zijn extreem efficiënt omdat veel van hen één ATP-molecuul kunnen gebruiken om deze twee verschillende taken uit te voeren.
  • Symport Pompen – Symport-pompen profiteren van diffusiegradiënten - concentratieverschillen die ervoor zorgen dat stoffen op natuurlijke wijze van gebieden met een hoge naar een lage concentratie worden verplaatst om stoffen te verplaatsen. In het geval van een symportpomp wordt een stof die "wil" verplaatsen van een gebied met een hoge concentratie naar een lage concentratie, gebruikt om een ​​andere stof tegen zijn concentratiegradiënt in te "dragen".
  • endocytose - Bij endocytose gebruikt de cel eiwitten in zijn membraan om het membraan in de vorm van een zak te vouwen. Deze pocket groeit totdat hij wordt afgeknepen, waarbij het celmembraan eromheen opnieuw wordt gevormd en de pocket en de inhoud ervan in de cel worden gevangen. Deze membraanzakken, die worden gebruikt om materialen in of tussen cellen te vervoeren, worden "vesicles" genoemd.
  • Exocytose - Exocytose is het tegenovergestelde van endocytose. Bij exocytose creëert de cel een blaasje om iets dat zich in zichzelf bevindt te omsluiten, met het doel het naar buiten te verplaatsen. In eukaryote cellen worden eiwitproducten gemaakt in het endoplasmatisch reticulum. Ze worden vaak door het endoplasmatisch reticulum verpakt in blaasjes en naar het Golgi-apparaat gestuurd.

Planten moeten minerale zouten uit de bodem of andere bronnen opnemen, maar deze zouten bestaan ​​in zeer verdunde oplossing. Actief transport stelt deze cellen in staat om zouten uit deze verdunde oplossing op te nemen tegen de richting van de concentratiegradiënt in.


Biologie 171

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Begrijpen hoe elektrochemische gradiënten ionen beïnvloeden
  • Maak onderscheid tussen primair actief transport en secundair actief transport

Actieve transportmechanismen vereisen de energie van de cel, meestal in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP). Als een stof tegen zijn concentratiegradiënt in de cel moet komen - dat wil zeggen, als de concentratie van de stof in de cel groter is dan de concentratie in de extracellulaire vloeistof (en vice versa) - moet de cel energie gebruiken om de stof te verplaatsen. Sommige actieve transportmechanismen verplaatsen materialen met een klein molecuulgewicht, zoals ionen, door het membraan. Andere mechanismen transporteren veel grotere moleculen.

Elektrochemische gradiënt

We hebben eenvoudige concentratiegradiënten besproken - de differentiële concentraties van een stof in een ruimte of een membraan - maar in levende systemen zijn gradiënten complexer. Omdat ionen in en uit cellen bewegen en omdat cellen eiwitten bevatten die niet over het membraan bewegen en meestal negatief geladen zijn, is er ook een elektrische gradiënt, een verschil in lading, over het plasmamembraan. Het inwendige van levende cellen is elektrisch negatief ten opzichte van de extracellulaire vloeistof waarin ze baden, en tegelijkertijd hebben cellen hogere concentraties kalium (K+) en lagere natriumconcentraties (Na+) dan de extracellulaire vloeistof. Dus in een levende cel heeft de concentratiegradiënt van Na+ de neiging om het de cel in te drijven, en de elektrische gradiënt (een positief ion) drijft het ook naar binnen naar het negatief geladen binnenste. De situatie is echter complexer voor andere elementen zoals kalium. De elektrische gradiënt van K + , een positief ion, drijft het ook de cel in, maar de concentratiegradiënt van K + drijft K + aan uit van de cel ((Figuur)). We noemen de gecombineerde concentratiegradiënt en elektrische lading die een ion beïnvloedt zijn elektrochemische gradiënt.


Het injecteren van een kaliumoplossing in iemands bloed is dodelijk. Dit is hoe personen met de doodstraf en euthanasie sterven. Waarom denkt u dat een injectie met kaliumoplossing dodelijk is?

Tegen een helling in bewegen

Om stoffen tegen een concentratie of elektrochemische gradiënt in te verplaatsen, moet de cel energie gebruiken. Deze energie komt van ATP dat wordt gegenereerd door het metabolisme van de cel. Actieve transportmechanismen, of pompen, werken tegen elektrochemische gradiënten. Kleine stoffen passeren constant plasmamembranen. Actief transport handhaaft concentraties van ionen en andere stoffen die levende cellen nodig hebben bij deze passieve bewegingen. Een cel kan een groot deel van zijn metabolische energievoorziening besteden aan het onderhouden van deze processen. (Een rode bloedcel gebruikt het grootste deel van zijn metabolische energie om de onbalans tussen uitwendige en inwendige natrium- en kaliumspiegels die de cel nodig heeft in stand te houden.) Omdat actieve transportmechanismen afhankelijk zijn van het metabolisme van een cel voor energie, zijn ze gevoelig voor veel metabolische vergiften die interfereren met de ATP-voorziening.

Er bestaan ​​twee mechanismen voor het transporteren van materiaal met een klein molecuulgewicht en kleine moleculen. Primair actief transport verplaatst ionen over een membraan en creëert een verschil in lading over dat membraan, dat direct afhankelijk is van ATP. Secundair actief transport vereist niet direct ATP: in plaats daarvan is het de beweging van materiaal als gevolg van de elektrochemische gradiënt die tot stand wordt gebracht door primair actief transport.

Dragereiwitten voor actief transport

Een belangrijke membraanaanpassing voor actief transport is de aanwezigheid van specifieke dragereiwitten of pompen om beweging te vergemakkelijken: er zijn drie eiwittypen of transporters ((Figuur)). Een uniporter draagt ​​één specifiek ion of molecuul. Een symporter draagt ​​twee verschillende ionen of moleculen, beide in dezelfde richting. Een antiporter draagt ​​ook twee verschillende ionen of moleculen, maar in verschillende richtingen. Al deze transporters kunnen ook kleine, ongeladen organische moleculen zoals glucose vervoeren. Deze drie soorten dragereiwitten zijn ook in gefaciliteerde diffusie, maar ze hebben geen ATP nodig om in dat proces te werken. Enkele voorbeelden van pompen voor actief transport zijn Na + -K + ATPase, dat natrium- en kaliumionen transporteert, en H + -K + ATPase, dat waterstof- en kaliumionen transporteert. Beide zijn antiporter-dragereiwitten. Twee andere dragereiwitten zijn Ca 2+ ATPase en H + ATPase, die respectievelijk alleen calcium- en alleen waterstofionen dragen. Beide zijn pompen.


Primair actief transport

Het primaire actieve transport dat functioneert met het actieve transport van natrium en kalium maakt secundair actief transport mogelijk. De tweede transportmethode is nog steeds actief omdat deze afhankelijk is van het gebruik van energie, evenals primair transport ((figuur)).


Een van de belangrijkste pompen in dierlijke cellen is de natrium-kaliumpomp (Na + -K + ATPase), die de elektrochemische gradiënt (en de juiste concentraties van Na + en K + ) in levende cellen handhaaft. De natrium-kaliumpomp verplaatst K+ de cel in terwijl hij tegelijkertijd Na+ naar buiten verplaatst, in een verhouding van drie Na+ voor elke twee K+-ionen die naar binnen worden gebracht. Het Na+-K+ATPase bestaat in twee vormen, afhankelijk van op zijn oriëntatie op de binnen- of buitenkant van de cel en zijn affiniteit voor natrium- of kaliumionen. Het proces bestaat uit de volgende zes stappen.

  1. Met het enzym gericht op het binnenste van de cel, heeft de drager een hoge affiniteit voor natriumionen. Drie ionen binden aan het eiwit.
  2. De eiwitdrager hydrolyseert ATP en een laag-energetische fosfaatgroep hecht zich eraan.
  3. Als gevolg hiervan verandert de drager van vorm en heroriënteert zich naar de buitenkant van het membraan. De affiniteit van het eiwit voor natrium neemt af en de drie natriumionen verlaten de drager.
  4. De vormverandering verhoogt de affiniteit van de drager voor kaliumionen, en twee van dergelijke ionen hechten zich aan het eiwit. Vervolgens laat de laagenergetische fosfaatgroep los van de drager.
  5. Met de fosfaatgroep verwijderd en kaliumionen eraan vastgemaakt, herpositioneert het dragereiwit zichzelf naar het binnenste van de cel.
  6. Het dragereiwit, in zijn nieuwe configuratie, heeft een verminderde affiniteit voor kalium en de twee ionen verplaatsen zich naar het cytoplasma. Het eiwit heeft nu een hogere affiniteit voor natriumionen en het proces begint opnieuw.

Als gevolg van dit proces zijn er verschillende dingen gebeurd. Op dit punt zijn er meer natriumionen buiten de cel dan binnen en meer kaliumionen binnen dan buiten. Voor elke drie natriumionen die naar buiten gaan, gaan er twee kaliumionen naar binnen. Dit heeft tot gevolg dat het interieur iets negatiever is ten opzichte van het exterieur. Dit verschil in aansturing is van belang bij het scheppen van de voorwaarden die nodig zijn voor het secundaire proces. De natrium-kaliumpomp is daarom een ​​elektrogene pomp (een pomp die een onbalans in de lading creëert), die een elektrische onbalans over het membraan veroorzaakt en bijdraagt ​​aan de membraanpotentiaal.

Bekijk animatie: hoe de natrium-kaliumpomp werkt (Flash-animatie) van actief transport in een natrium-kalium-ATPase.

Secundair Actief Transport (Meetransport)

Secundair actief transport brengt natriumionen en mogelijk andere verbindingen de cel in. Omdat natriumionenconcentraties zich buiten het plasmamembraan opbouwen vanwege het primaire actieve transportproces, creëert dit een elektrochemische gradiënt. Als er een kanaaleiwit bestaat en open is, zullen de natriumionen door het membraan trekken. Deze beweging transporteert andere stoffen die zich door het membraan kunnen hechten aan het transporteiwit ((Figuur)). Veel aminozuren, maar ook glucose, komen op deze manier een cel binnen. Dit secundaire proces slaat ook energierijke waterstofionen op in de mitochondriën van plantaardige en dierlijke cellen om ATP te produceren. De potentiële energie die zich ophoopt in de opgeslagen waterstofionen vertaalt zich in kinetische energie wanneer de ionen door het kanaaleiwit ATP-synthase stromen, en die energie zet ADP vervolgens om in ATP.


Als de pH buiten de cel daalt, zou je dan verwachten dat de hoeveelheid aminozuren die de cel in wordt getransporteerd, zal toenemen of afnemen?

Sectie Samenvatting

De gecombineerde gradiënt die een ion beïnvloedt, omvat de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt. Een positief ion kan bijvoorbeeld diffunderen naar een nieuw gebied, langs de concentratiegradiënt, maar als het diffundeert naar een gebied met netto positieve lading, belemmert de elektrische gradiënt de diffusie ervan. Bij het omgaan met ionen in waterige oplossingen, moet men rekening houden met combinaties van elektrochemische en concentratiegradiënten, in plaats van alleen de concentratiegradiënt alleen. Levende cellen hebben bepaalde stoffen nodig die in de cel aanwezig zijn in grotere concentraties dan in de extracellulaire ruimte. Het verplaatsen van stoffen langs hun elektrochemische gradiënten vereist energie van de cel. Actief transport gebruikt energie die is opgeslagen in ATP om dit transport van brandstof te voorzien. Actief transport van kleine moleculaire materialen maakt gebruik van integrale eiwitten in het celmembraan om de materialen te verplaatsen. Deze eiwitten zijn analoog aan pompen. Sommige pompen, die primair actief transport uitvoeren, koppelen direct aan ATP om hun actie aan te drijven. Bij co-transport (of secundair actief transport) kan energie van primair transport een andere stof de cel in verplaatsen en de concentratiegradiënt omhoog.

Kunstverbindingen

(Figuur) Het injecteren van een kaliumoplossing in iemands bloed is dodelijk. De doodstraf en euthanasie gebruiken deze methode in hun onderdanen. Waarom denkt u dat een injectie met kaliumoplossing dodelijk is?

(Figuur) Cellen hebben typisch een hoge kaliumconcentratie in het cytoplasma en baden in een hoge natriumconcentratie. Injectie van kalium verdrijft deze elektrochemische gradiënt. In de hartspier is het natrium-/kaliumpotentieel verantwoordelijk voor het doorgeven van het signaal dat ervoor zorgt dat de spier samentrekt. Wanneer dit potentieel is verdwenen, kan het signaal niet worden verzonden en stopt het hart met kloppen. Kaliuminjecties worden ook gebruikt om te voorkomen dat het hart tijdens de operatie klopt.

(Figuur) Als de pH buiten de cel daalt, zou je dan verwachten dat de hoeveelheid aminozuren die de cel in wordt getransporteerd, zal toenemen of afnemen?

(Figuur) Een verlaging van de pH betekent een toename van positief geladen H+-ionen en een toename van de elektrische gradiënt over het membraan. Het transport van aminozuren naar de cel zal toenemen.

Gratis antwoord

Waar haalt de cel energie vandaan voor actieve transportprocessen?

De cel haalt energie uit ATP geproduceerd door zijn eigen metabolisme om actieve transportprocessen aan te drijven, zoals de activiteit van pompen.

Hoe draagt ​​de natrium-kaliumpomp bij aan de netto negatieve lading van het binnenste van de cel?

De natrium-kaliumpomp dwingt drie (positieve) Na + -ionen naar buiten voor elke twee (positieve) K + -ionen die hij naar binnen pompt, waardoor de cel bij elke cyclus van de pomp een positieve lading verliest.

Glucose uit verteerd voedsel komt de darmepitheelcellen binnen door actief transport. Waarom zouden darmcellen actief transport gebruiken als de meeste lichaamscellen gefaciliteerde diffusie gebruiken?

Intestinale epitheelcellen gebruiken actief transport om hun specifieke rol te vervullen als de cellen die glucose van het verteerde voedsel naar de bloedbaan overbrengen. Darmcellen worden blootgesteld aan een omgeving met fluctuerende glucosespiegels. Direct na het eten zal de glucose in het darmlumen hoog zijn en kan zich door diffusie in de darmcellen ophopen. Wanneer het darmlumen echter leeg is, zijn de glucosespiegels hoger in de darmcellen. Als glucose zou worden verplaatst door gefaciliteerde diffusie, zou dit ervoor zorgen dat glucose terug uit de darmcellen en in de darm zou stromen. Actieve transporteiwitten zorgen ervoor dat glucose in de darmcellen terechtkomt en niet terug in de darm kan. Het zorgt er ook voor dat glucosetransport blijft plaatsvinden, zelfs als er al hoge glucosespiegels in de darmcellen aanwezig zijn. Dit maximaliseert de hoeveelheid energie die het lichaam uit voedsel kan halen.

De natrium/calciumwisselaar (NCX) transporteert natrium in en calcium uit hartspiercellen. Beschrijf waarom deze transporter wordt geclassificeerd als secundair actief transport.

De NCX verplaatst natrium via de elektrochemische gradiënt de cel in. Aangezien de elektrochemische gradiënt van natrium wordt gecreëerd door de Na+/K+-pomp, een transportpomp die ATP-hydrolyse nodig heeft om de gradiënt tot stand te brengen, is de NCX een secundair actief transportproces.

Woordenlijst


Bekijk de video: Examentraining Transport over een membraan (November 2021).