Skip to main content
Global

3.6: תחבורה פעילה

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208550

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מנגנוני הובלה פעילים דורשים שימוש באנרגיה של התא, בדרך כלל בצורה של אדנוסין טריפוספט (ATP). אם חומר חייב לנוע לתא כנגד שיפוע הריכוז שלו, כלומר אם ריכוז החומר בתוך התא חייב להיות גדול מריכוזו בנוזל החוץ תאי, על התא להשתמש באנרגיה כדי להזיז את החומר. כמה מנגנוני הובלה פעילים מעבירים חומר בעל משקל מולקולרי קטן, כגון יונים, דרך הממברנה.

    בנוסף להעברת יונים ומולקולות קטנות דרך הממברנה, התאים צריכים גם להסיר ולקחת מולקולות וחלקיקים גדולים יותר. חלק מהתאים אפילו מסוגלים לבלוע מיקרואורגניזמים חד-תאיים שלמים. אולי שיערתם נכון שקליטה ושחרור של חלקיקים גדולים על ידי התא דורשים אנרגיה. חלקיק גדול, לעומת זאת, אינו יכול לעבור דרך הממברנה, אפילו עם אנרגיה המסופקת על ידי התא.

    שיפוע אלקטרוכימי

    דנו בשיפועי ריכוז פשוטים - ריכוזים דיפרנציאליים של חומר על פני חלל או ממברנה - אך במערכות חיות שיפועים מורכבים יותר. מכיוון שתאים מכילים חלבונים, שרובם טעונים שלילית, ומכיוון שיונים נעים לתאים ומחוצה להם, יש שיפוע חשמלי, הבדל מטען, על פני קרום הפלזמה. פנים התאים החיים שלילי מבחינה חשמלית ביחס לנוזל החוץ תאי בו הם שטופים; יחד עם זאת, לתאים יש ריכוזים גבוהים יותר של אשלגן (K +) וריכוזים נמוכים יותר של נתרן (Na +) מאשר הנוזל החוץ תאי. לפיכך, בתא חי, שיפוע הריכוז והשיפוע החשמלי של Na + מקדם דיפוזיה של היון לתוך התא, והשיפוע החשמלי של Na + (יון חיובי) נוטה להניע אותו פנימה אל הפנים הטעון שלילי. אולם המצב מורכב יותר עבור אלמנטים אחרים כמו אשלגן. השיפוע החשמלי של K+ מקדם דיפוזיה של היון לתוך התא, אך שיפוע הריכוז של K+ מקדם דיפוזיה אל מחוץ לתא (איור\(\PageIndex{1}\)). השיפוע המשולב המשפיע על יון נקרא שיפוע האלקטרוכימי שלו, והוא חשוב במיוחד לתאי שריר ועצב.

    קרום תא מוצג עם תעלת חלבון המאפשרת מעבר של יונים לתא ומחוצה לו. בציטופלזמה יש ריכוז גבוה יותר של אשלגן, ולנוזל החוץ תאי יש ריכוז גבוה יותר של נתרן. חץ מראה תנועה של יון אשלגן אל מחוץ לתא דרך תעלת החלבון.
    איור\(\PageIndex{1}\): שיפועים אלקטרוכימיים נובעים מההשפעות המשולבות של שיפועי ריכוז ושיפועים חשמליים. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי "Synaptitude" /ויקימדיה Commons)

    נע נגד שיפוע

    כדי להעביר חומרים כנגד ריכוז או שיפוע אלקטרוכימי, התא חייב להשתמש באנרגיה. אנרגיה זו נקצרת מ- ATP הנוצר באמצעות חילוף חומרים תאי. מנגנוני הובלה פעילים, הנקראים ביחד משאבות או חלבוני נשא, פועלים נגד שיפועים אלקטרוכימיים. למעט יונים, חומרים קטנים עוברים כל הזמן דרך ממברנות הפלזמה. הובלה פעילה שומרת על ריכוזי יונים וחומרים אחרים הדרושים לתאים חיים לנוכח שינויים פסיביים אלה. חלק ניכר מאספקת האנרגיה המטבולית של התא עשויה להיות מושקעת בשמירה על תהליכים אלה. מכיוון שמנגנוני הובלה פעילים תלויים בחילוף החומרים התאי לאנרגיה, הם רגישים לרעלים מטבוליים רבים המפריעים לאספקת ATP.

    קיימים שני מנגנונים להובלת חומר בעל משקל מולקולרי קטן ומקרומולקולות. הובלה פעילה ראשונית מעבירה יונים על פני קרום ויוצרת הבדל במטען על פני הממברנה הזו. מערכת ההובלה הפעילה העיקרית משתמשת ב-ATP כדי להעביר חומר, כגון יון, לתא, ולעתים קרובות במקביל, חומר שני מועבר אל מחוץ לתא. משאבת הנתרן-אשלגן, משאבה חשובה בתאי בעלי חיים, מוציאה אנרגיה להעברת יוני אשלגן לתא ומספר שונה של יוני נתרן אל מחוץ לתא (איור). \(\PageIndex{2}\) הפעולה של משאבה זו גורמת להבדל ריכוז ומטען על פני הממברנה.

    איור זה מציג את משאבת הנתרן-אשלגן. בתחילה, פתח המשאבה פונה לציטופלזמה, שם נקשרים אליה שלושה יוני נתרן. המשאבה מבצעת הידרוליזה של ATP ל- ADP וכתוצאה מכך עוברת שינוי קונפורמטיבי. יוני הנתרן משתחררים לחלל החוץ תאי. שני יוני אשלגן מהחלל החוץ -תאי קושרים כעת את המשאבה, שמשנה שוב את הקונפורמציה, ומשחררת את יוני האשלגן לתוך הציטופלזמה.
    איור\(\PageIndex{2}\): משאבת הנתרן-אשלגן מעבירה יוני אשלגן ונתרן על פני קרום הפלזמה. (אשראי: שינוי עבודות מאת מריאנה רויז ויאריאל)

    הובלה פעילה משנית מתארת את תנועת החומר תוך שימוש באנרגיה של השיפוע האלקטרוכימי שהוקם על ידי הובלה פעילה ראשונית. באמצעות האנרגיה של השיפוע האלקטרוכימי שנוצר על ידי מערכת ההובלה הפעילה העיקרית, ניתן להכניס לתא חומרים אחרים כגון חומצות אמינו וגלוקוז דרך תעלות ממברנה. ATP עצמו נוצר באמצעות הובלה פעילה משנית באמצעות שיפוע יון מימן במיטוכונדריון.

    אנדוציטוזיס

    אנדוציטוזיס הוא סוג של הובלה פעילה המעבירה חלקיקים, כגון מולקולות גדולות, חלקי תאים ואפילו תאים שלמים, לתא. ישנן וריאציות שונות של אנדוציטוזיס, אך לכולן מאפיין משותף: קרום הפלזמה של התא פולש ויוצר כיס סביב חלקיק המטרה. הכיס צובט, וכתוצאה מכך החלקיק נכלל בוואקום שנוצר לאחרונה שנוצר מממברנת הפלזמה.

    מוצגים שלושה סוגים של אנדוציטוזיס: (א) פגוציטוזיס, (ב) פינוציטוזיס ו- (ג) אנדוציטוזיס בתיווך קולטן. חלק א 'מראה את קרום הפלזמה היוצר כיס סביב חלקיק בנוזל החוץ -תאי. לאחר מכן הממברנה בולעת את החלקיק, שנלכד בתוך ואקום. חלק ב 'מראה קרום פלזמה היוצר כיס סביב נוזל בנוזל החוץ -תאי. לאחר מכן הממברנה בולעת את הנוזל, שנלכד בתוך ואקום. חלק ג 'מציג חלק מממברנת הפלזמה המצופה קלתרין בצד הציטופלזמי ויש לו קולטנים בצד החוץ תאי. הקולטנים קושרים חומר ואז צובטים ליצירת שלפוחית מצופה.
    איור\(\PageIndex{3}\): מוצגות שלוש וריאציות של אנדוציטוזיס. (א) בצורה אחת של אנדוציטוזיס, פגוציטוזיס, קרום התא מקיף את החלקיק וצובט ליצירת ואקום תוך תאי. (ב) בסוג אחר של אנדוציטוזיס, פינוציטוזיס, קרום התא מקיף נפח קטן של נוזלים וצובט ויוצר שלפוחית. (ג) באנדוציטוזה בתיווך קולטן, ספיגת חומרים על ידי התא מכוונת לסוג אחד של חומר הנקשר לקולטן על קרום התא החיצוני. (אשראי: שינוי עבודות מאת מריאנה רויז ויאריאל)

    פגוציטוזיס הוא התהליך שבו חלקיקים גדולים, כגון תאים, נלקחים על ידי תא. לדוגמה, כאשר מיקרואורגניזמים פולשים לגוף האדם, סוג של תא דם לבן הנקרא נויטרופיל מסיר את הפולש בתהליך זה, מקיף ובולע את המיקרואורגניזם, אשר נהרס לאחר מכן על ידי הנויטרופיל (איור). \(\PageIndex{3}\)

    וריאציה של אנדוציטוזיס נקראת פינוציטוזיס. פירוש הדבר המילולי הוא "שתיית תאים" ונקרא בזמן שההנחה הייתה שהתא לוקח בכוונה נוזל חוץ תאי. במציאות, תהליך זה קולט מומסים שהתא זקוק להם מהנוזל החוץ -תאי (איור\(\PageIndex{3}\)).

    וריאציה ממוקדת של אנדוציטוזיס מעסיקה חלבונים מחייבים בקרום הפלזמה הספציפיים לחומרים מסוימים (איור). \(\PageIndex{3}\) החלקיקים נקשרים לחלבונים וקרום הפלזמה פולש ומכניס את החומר והחלבונים לתא. אם המעבר על פני הממברנה של המטרה של אנדוציטוזה בתיווך קולטן אינו יעיל, הוא לא יוסר מנוזלי הרקמה או מהדם. במקום זאת, הוא יישאר בנוזלים האלה ויעלה בריכוז. חלק מהמחלות האנושיות נגרמות כתוצאה מכשל באנדוציטוזה בתיווך קולטן. לדוגמה, צורת הכולסטרול המכונה ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה או LDL (המכונה גם כולסטרול "רע") מוסרת מהדם על ידי אנדוציטוזה בתיווך קולטן. במחלה הגנטית האנושית היפרכולסטרולמיה משפחתית, קולטני ה- LDL פגומים או חסרים לחלוטין. לאנשים הסובלים ממצב זה יש רמות כולסטרול מסכנות חיים בדם, מכיוון שהתאים שלהם אינם יכולים לנקות את הכימיקל מדמם.

    מושג בפעולה

    ראה אנימציה אנדוציטוזה בתיווך קולטן בפעולה.

    אקסוציטוזיס

    בניגוד לשיטות אלה של העברת חומר לתא הוא תהליך של אקסוציטוזיס. אקסוציטוזיס הוא ההפך מהתהליכים שנדונו לעיל בכך שמטרתו לגרש חומר מהתא לנוזל החוץ תאי. חלקיק עטוף בקרום מתמזג עם פנים קרום הפלזמה. היתוך זה פותח את המעטפת הממברנית לחלק החיצוני של התא, והחלקיק גורש לחלל החוץ -תאי (איור\(\PageIndex{4}\)).

    שלפוחית המכילה מוצרי פסולת מוצגת בציטופלזמה. השלפוחית נודדת לקרום התא. קרום השלפוחית מתמזג עם קרום התא, ותכולת השלפוחית משתחררת לנוזל החוץ תאי.
    איור\(\PageIndex{4}\): באקסוציטוזיס, שלפוחית נודדת לקרום הפלזמה, נקשרת ומשחררת את תוכנה לחלק החיצוני של התא. (אשראי: שינוי עבודות מאת מריאנה רויז ויאריאל)

    סיכום מדור

    השיפוע המשולב המשפיע על יון כולל את שיפוע הריכוז שלו ואת שיפוע החשמל שלו. תאים חיים זקוקים לחומרים מסוימים בריכוזים גדולים מכפי שהם קיימים בחלל החוץ תאי. העברת חומרים במעלה השיפועים האלקטרוכימיים שלהם דורשת אנרגיה מהתא. הובלה פעילה משתמשת באנרגיה המאוחסנת ב- ATP כדי לתדלק את ההובלה. הובלה פעילה של חומר קטן בגודל מולקולרי משתמשת בחלבונים אינטגרליים בקרום התא כדי להזיז את החומר-חלבונים אלה מקבילים למשאבות. חלק מהמשאבות, המבצעות הובלה פעילה ראשונית, מתחברות ישירות ל- ATP כדי להניע את פעולתן. בהובלה משנית ניתן להשתמש באנרגיה מהובלה ראשונית כדי להעביר חומר אחר לתא ולהעלות את שיפוע הריכוז שלו.

    שיטות אנדוציטוזיס דורשות שימוש ישיר ב- ATP כדי לתדלק את ההובלה של חלקיקים גדולים כגון מקרומולקולות; חלקים של תאים או תאים שלמים יכולים להיבלע על ידי תאים אחרים בתהליך הנקרא פגוציטוזיס. בפגוציטוזיס, חלק מהממברנה פולש וזורם סביב החלקיק, ובסופו של דבר צובט ומשאיר את החלקיק מוקף כולו במעטפת של קרום פלזמה. Vacuoles מתפרקים על ידי התא, כאשר החלקיקים משמשים כמזון או נשלחים בדרך אחרת. Pinocytosis הוא תהליך דומה בקנה מידה קטן יותר. התא מגרש פסולת וחלקיקים אחרים בתהליך ההפוך, אקסוציטוזיס. פסולת מועברת אל מחוץ לתא, דוחפת שלפוחית קרומית לקרום הפלזמה, ומאפשרת לשלפוחית להתמזג עם הממברנה ולשלב את עצמה במבנה הממברנה, ומשחררת את תוכנה לחלק החיצוני של התא.

    רשימת מילים

    תחבורה פעילה
    שיטת הובלת החומר הדורש אנרגיה
    שיפוע אלקטרוכימי
    שיפוע המיוצר על ידי הכוחות המשולבים של שיפוע החשמל והשיפוע הכימי
    אנדוציטוזה
    סוג של הובלה פעילה המעבירה חומרים, כולל נוזלים וחלקיקים, לתא
    אקסוציטוזה
    תהליך של העברת חומר מתוך תא
    פגוציטוזיס
    תהליך שלוקח מקרומולקולות שהתא זקוק להן מהנוזל החוץ תאי; וריאציה של אנדוציטוזיס
    פינוציטוזיס
    תהליך שלוקח מומסים שהתא זקוק להם מהנוזל החוץ תאי; וריאציה של אנדוציטוזיס
    אנדוציטוזה בתיווך קולטן
    גרסה של אנדוציטוזה הכוללת שימוש בחלבונים מחייבים ספציפיים בקרום הפלזמה למולקולות או חלקיקים ספציפיים

    תורמים וייחוסים