Osmoosi ja aktiivinen liikenne

Solussa on monia vaatimuksia kasvattamiseksi ja jäljentämi- seksi, ja jopa solut, jotka eivät aktiivisesti kasvaa tai replikoituvat, edellyttävät ravinteita ympäristön toimivuudesta. Monet solun vaatimuksista ovat molekyylejä, jotka löytyvät solun ulkopuolelta, mukaan lukien vesi, sokerit, vitamiinit ja proteiinit.

Solukalvolla on tärkeitä suoja- ja rakenteellisia toimintoja, ja se pyrkii pitämään solujen sisällöt erillään ulkoisesta ympäristöstä. Solukalvon lipidikaksoiskerros koostuu fosfolipideistä, joilla on hydrofobisia (öljyliukoisia, "vettä pelkääviä") pyrstöjä, jotka muodostavat esteen monille soluviljelmille ja molekyyleille ympäristössä. Solukalvon ominaisuus sallii solun sisäisen ympäristön poikkeavan ulkoisesta ympäristöstä, mutta toimii myös tärkeänä esteenä tiettyjen molekyylien ottamisessa ympäristöstä ja jätteen karkottamisesta.

Lipidikaksoiskerros ei kuitenkaan aiheuta ongelmia kaikille molekyyleille. Hydrofobiset (tai öljyliukoiset), ei-polaariset molekyylit voivat vapaasti hajota solukalvon läpi esteettömästi. Tämä molekyyliluokka sisältää kaasut, kuten happi (O2), hiilidioksidi (CO2) ja typpioksidi (NO). Suuremmat hydrofobiset orgaaniset molekyylit voivat myös kulkea plasmamembraanin läpi, mukaan lukien tietyt hormonit (kuten estrogeeni) ja vitamiinit (kuten D-vitamiini). Pienet, napaiset molekyylit (vesi mukaan luettuna) ovat osittain estyneet lipidikaksoiskerroksen avulla, mutta ne voivat silti kulkea.

Niille molekyyleille, jotka voivat vapaasti kulkea solun kalvon läpi, ovatko ne matkalla soluun vai ulos, riippuu niiden pitoisuudesta. Suoritetaan molekyylien taipumus liikkua niiden pitoisuusgradientin (eli korkeammasta konsentraatiosta alempiin pitoisuuksiin) diffuusio. Tämä tarkoittaa, että molekyylit virtaavat solusta, jos solun sisällä on enemmän kuin ulkopuolella. Samoin, jos solun ulkopuolella on enemmän, molekyylit virtaavat soluun, kunnes tasapaino saavutetaan. Tarkastellaan esimerkiksi lihaskennoa. Harjoituksen aikana solu muuntaa O2: n CO2: ksi. Kun happipitoinen veri tulee lihakseen, O2 kulkee siitä, missä pitoisuus on korkeampi (veressä), missä se on alhaisempi (lihassoluissa). Samanaikaisesti hiilidioksidi kulkee ulos lihassoluista (jos se on korkeampi) verelle (missä se on alempi). Diffuusio ei vaadi energiankulutusta. Veden leviämiselle annetaan erityinen nimi, Osmosis.

Suurten polaaristen molekyylien ja mahdollisten varautuneiden molekyylien kohdalla soluun päästäminen ja siitä poistuminen on vaikeampaa, koska ne eivät voi kulkea lipidikaksoiskerroksen läpi. Tämä molekyyliluokka sisältää ioneja, sokereita, aminohappoja (proteiinien rakennuspalikoita) ja monia muita asioita, joita solun täytyy selviytyä ja toimia. Tämän ongelman korjaamiseksi solussa on kuljetusproteiineja, jotka sallivat näiden molekyylien siirtyvän soluun ja siitä ulos. Nämä kuljetusproteiinit muodostavat 15-30% proteiinista solukalvossa.

Liikenneproteiinit tulevat useiksi muodoiksi ja kokoluokiksi, mutta kaikki ulottuvat lipidikerroksen läpi, ja jokaisella siirtoproteiinilla on erityinen molekyylityyppi, jota se kuljettaa. Kantaja-proteiineja (joita tunnetaan myös kuljettajina tai permeaaseina), jotka sitovat solut tai molekyylin kalvon toiselle puolelle ja kuljettavat sen kalvon toiselle puolelle. Toinen kuljetusproteiinien luokka sisältää kanavaproteiinit. Kanavan proteiinit muodostavat hydrofiiliset ("veden rakastavat") aukot kalvossa, jotta polaariset tai varautuneet molekyylit voivat kulkea läpi. Molemmat kanavaproteiinit ja kantajaproteiinit helpottavat kuljettamista sekä soluun että sen ulkopuolelle.

Molekyylit voivat liikkua kuljetusproteiinien läpi suuresta konsentraatiosta alhaisempiin pitoisuuksiin. 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 asioita ympäristöstä, jotka ovat läsnä hyvin alhaisella pitoisuudella solun ulkopuolella. Vaihtoehtoisesti solu voi vaatia erittäin pieniä pitoisuuksia tietyssä liuenneessa solussa. Vaikka diffuusio sallisi solujen sisä- ja ulkopuolella olevat pitoisuudet siirtyä kohti tasapainoa, kutsutaan prosessiksi aktiivinen liikenne auttaa keskittymään liuenneeseen tai molekyyliin joko solun sisällä tai sen ulkopuolella. Aktiivinen liikenne vaatii energiankulutusta siirtämään molekyyliä sen pitoisuusgradientilta. Eukaryoottisoluissa on aktiivisen kuljetuksen kaksi päämuotoa. Ensimmäinen tyyppi koostuu ATP-pumppuista. Nämä pumput käyttävät ATP-hydrolyysiä tietyn luokan solulinjan tai molekyylin kuljettamiseksi kalvon yli sen keskittämiseksi joko soluun tai sen ulkopuolelle. Toinen tyyppi (ns. Kutukuljettajat) yhdistää yhden molekyylin kuljetuksen sen pitoisuusgradientille (alhaisesta korkeaan) toiseen toisen molekyylin kuljetukseen alas sen pitoisuusgradientilla (korkeasta alhaiseen).

Solut käyttävät myös aktiivista kuljetusta ylläpitämään ionien sopivaa pitoisuutta. Ionipitoisuus on erittäin tärkeä solun sähköisten ominaisuuksien kannalta, mikä ohjaa veden määrää soluissa ja muista tärkeistä ionien toiminnoista. Esimerkiksi magnesiumionit (MG2 +) ovat erittäin tärkeitä monille DNA: n korjaamiseen ja ylläpitoon osallistuviin proteiineihin. Kalsium (Ca2 +) on myös tärkeä monissa soluprosesseissa, ja aktiivinen kuljetus auttaa ylläpitämään kalsiumgradienttia 1: 10 000. Ionien kuljetus lipidikamppereiden läpi ei riipu pelkästään konsentraatiogradientista vaan myös kalvon sähköisistä ominaisuuksista, missä samankaltaiset lataukset hylkivät. Natrium-kalium-ATPaasi tai Na + -K + -pumppu ylläpitää korkeampaa natriumin pitoisuutta solun ulkopuolella. Lähes kolmasosa solun energiatarpeesta kulutetaan tässä pyrkimyksessä. Tämä valtava energiankulutus ionien aktiiviselle kuljetukselle vahvistaa sen, että on tärkeää ylläpitää molekyylien tasapainoa asianmukaisessa solutoiminnassa.

Yhteenveto

Osmosis on passiivinen veden diffuusiota solukalvon läpi eikä vaadi kuljetusproteiineja. liikennettä on molekyylien liikkuminen niiden pitoisuusgradientista (alhaisesta korkeaan pitoisuuteen) tai niiden sähköisestä gradientista (kohti samankaltaista maksua) ja vaatii proteiinikuljettajia ja lisättyä energiaa joko ATP-hydrolyysin kautta tai kytkemällä toisen liuenneen liuoksen alamäiskuljetukseen.