3.6: Active Usafiri

Utaratibu wa usafiri wa kazi unahitaji matumizi ya nishati ya seli, kwa kawaida kwa namna ya adenosine triphosphate (ATP). Ikiwa dutu lazima iingie ndani ya seli dhidi ya gradient yake ya ukolezi, yaani, ikiwa mkusanyiko wa dutu ndani ya seli lazima uwe mkubwa kuliko ukolezi wake katika maji ya ziada, kiini lazima kitumie nishati kuhamisha dutu. Baadhi ya mifumo ya usafiri wa kazi huhamisha nyenzo ndogo za uzito wa Masi, kama vile ions, kupitia membrane.

Mbali na kusonga ions ndogo na molekuli kupitia utando, seli pia zinahitaji kuondoa na kuchukua katika molekuli kubwa na chembe. Baadhi ya seli zina uwezo wa kuingiza microorganisms nzima ya unicellular. Unaweza kuwa na nadharia kwa usahihi kwamba matumizi na kutolewa kwa chembe kubwa na kiini inahitaji nishati. Hata hivyo, chembe kubwa haiwezi kupita katika utando, hata kwa nishati inayotolewa na seli.

Electrochemical Gradient

Tumejadili mkusanyiko rahisi-viwango tofauti vya dutu katika nafasi au membrane-lakini katika mifumo ya maisha, gradients ni ngumu zaidi. Kwa sababu seli zina protini, ambazo nyingi zinashtakiwa vibaya, na kwa sababu ions huingia ndani na nje ya seli, kuna gradient ya umeme, tofauti ya malipo, kwenye utando wa plasma. Mambo ya ndani ya seli hai ni umeme hasi kwa heshima na maji ya ziada ambayo hupasuka; wakati huo huo, seli zina viwango vya juu vya potasiamu (K ⁺) na viwango vya chini vya sodiamu (Na ⁺) kuliko maji ya ziada. Kwa hiyo, katika kiini kilicho hai, gradient ya mkusanyiko na gradient ya umeme ya Na ⁺ inakuza ugawanyiko wa ion ndani ya seli, na gradient ya umeme ya Na ⁺ (ion chanya) huelekea kuendesha ndani kwa mambo ya ndani ya kushtakiwa vibaya. Hali ni ngumu zaidi, hata hivyo, kwa mambo mengine kama vile potasiamu. Gradient ya umeme ya K ⁺ inakuza ugawanyiko wa ion ndani ya seli, lakini gradient ya ukolezi wa K ⁺ inakuza kutenganishwa nje ya seli (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Gradient ya pamoja inayoathiri ion inaitwa gradient yake ya electrochemical, na ni muhimu hasa kwa seli za misuli na ujasiri.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Gradients ya electrochemical hutokea kutokana na athari za pamoja za gradients za mkusanyiko na gradients za umeme. (mikopo: mabadiliko ya kazi na “Synaptitude” /Wikimedia Commons)

Kusonga dhidi ya Gradient

Ili kuhamisha vitu dhidi ya mkusanyiko au gradient ya electrochemical, kiini lazima kitumie nishati. Nishati hii huvunwa kutoka ATP inayozalishwa kupitia kimetaboliki ya seli. Utaratibu wa usafiri wa kazi, pamoja na kuitwa pampu au protini za carrier, kazi dhidi ya gradients electrochemical Isipokuwa ions, vitu vidogo hupita kupitia membrane ya plasma. Usafiri wa kazi unao viwango vya ioni na vitu vingine vinavyohitajika kwa seli zilizo hai katika uso wa mabadiliko haya ya passiv. Mengi ya usambazaji wa seli ya nishati ya kimetaboliki inaweza kutumika kudumisha taratibu hizi. Kwa sababu utaratibu wa usafiri wa kazi hutegemea kimetaboliki ya seli kwa nishati, ni nyeti kwa sumu nyingi za kimetaboliki zinazoingilia kati ya usambazaji wa ATP.

Njia mbili zipo kwa usafiri wa nyenzo ndogo za uzito wa Masi na macromolecules. Usafiri wa msingi wa kazi husababisha ions kwenye membrane na hujenga tofauti katika malipo katika utando huo. Mfumo wa usafiri wa msingi unatumia ATP kuhamisha dutu, kama ioni, ndani ya seli, na mara nyingi kwa wakati mmoja, dutu ya pili huhamishwa nje ya seli. Pampu ya sodiamu-potasiamu, pampu muhimu katika seli za wanyama, hutumia nishati kuhamisha ions za potasiamu ndani ya seli na idadi tofauti ya ions za sodiamu nje ya seli (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kazi ya pampu hii husababisha tofauti ya mkusanyiko na malipo kwenye membrane.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Pampu ya sodiamu-potasiamu husababisha ions za potasiamu na sodiamu kwenye utando (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villarreal)

Usafiri wa sekondari wa kazi unaelezea harakati za nyenzo kwa kutumia nishati ya gradient ya electrochemical iliyoanzishwa na usafiri wa msingi wa kazi. Kutumia nishati ya gradient electrochemical iliyoundwa na mfumo wa msingi wa usafiri wa kazi, vitu vingine kama vile amino asidi na glucose vinaweza kuletwa ndani ya seli kupitia njia za membrane. ATP yenyewe hutengenezwa kwa njia ya usafiri wa sekondari kwa kutumia hidrojeni ion gradient katika mitochondrion.

Endocytosis

Endocytosis ni aina ya usafiri hai inayohamisha chembe, kama vile molekuli kubwa, sehemu za seli, na hata seli nzima, ndani ya seli. Kuna tofauti tofauti za endocytosis, lakini wote hushiriki tabia ya kawaida: Membrane ya plasma ya seli invaginates, na kutengeneza mfukoni karibu na chembe ya lengo. Mfukoni hupiga mbali, na kusababisha chembe kuwa katika vacuole mpya iliyoundwa ambayo hutengenezwa kutoka kwenye membrane ya plasma.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Tofauti tatu za endocytosis zinaonyeshwa. (a) Katika aina moja ya endocytosis, phagocytosis, utando wa seli huzunguka chembe na pinches mbali ili kuunda vacuole intracellular. (b) Katika aina nyingine ya endocytosis, pinocytosis, utando wa seli huzunguka kiasi kidogo cha maji na pinches mbali, na kutengeneza kilengelenge. (c) Katika endocytosis iliyopatanishwa na receptor, matumizi ya vitu na seli inalenga aina moja ya dutu inayofunga kwenye receptor kwenye membrane ya nje ya seli. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villarreal)

Phagocytosis ni mchakato ambao chembe kubwa, kama vile seli, huchukuliwa na seli. Kwa mfano, wakati microorganisms zinavamia mwili wa binadamu, aina ya seli nyeupe za damu inayoitwa neutrophil huondoa mvamizi kupitia mchakato huu, inayozunguka na kuingiza microorganism, ambayo huharibiwa na neutrophil (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Tofauti ya endocytosis inaitwa pinocytosis. Hii inamaanisha “kunywa kiini” na ilikuwa jina wakati ambapo dhana ilikuwa kwamba kiini kilikuwa kinachukua maji ya ziada kwa makusudi. Kwa kweli, mchakato huu unachukua katika solutes kwamba seli inahitaji kutoka kwa maji ya ziada (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Tofauti inayotengwa ya endocytosis inaajiri protini za kisheria kwenye membrane ya plasma ambayo ni maalum kwa vitu fulani (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Chembe hufunga kwa protini na membrane ya plasma invaginates, kuleta dutu na protini ndani ya seli. Ikiwa kifungu kote utando wa lengo la endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated haifai, haitaondolewa kwenye maji ya tishu au damu. Badala yake, itabaki katika maji hayo na kuongezeka kwa mkusanyiko. Magonjwa mengine ya binadamu yanasababishwa na kushindwa kwa endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated. Kwa mfano, aina ya cholesterol inayoitwa chini wiani lipoprotein au LDL (pia inajulikana kama “mbaya” cholesterol) ni kuondolewa kutoka damu na endocytosis receptor-mediated. Katika ugonjwa wa maumbile ya kibinadamu hypercholesterolemia ya familia, receptors za LDL hazina kasoro au hazipo kabisa. Watu wenye hali hii wana viwango vya kutishia maisha ya cholesterol katika damu yao, kwa sababu seli zao haziwezi kufuta kemikali kutoka damu yao.

DHANA KATIKA HATUA

Angalia uhuishaji wa endocytosis ya receptor-mediated katika hatua.

Exocytosis

Tofauti na njia hizi za kuhamia nyenzo ndani ya seli ni mchakato wa exocytosis. Exocytosis ni kinyume cha michakato iliyojadiliwa hapo juu kwa kuwa kusudi lake ni kufukuza nyenzo kutoka kwenye seli ndani ya maji ya ziada. Chembe iliyojaa fuses ya membrane na mambo ya ndani ya membrane ya plasma. Fusion hii inafungua bahasha ya membranous kwa nje ya seli, na chembe hufukuzwa kwenye nafasi ya ziada (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Katika exocytosis, vesicle huhamia kwenye membrane ya plasma, hufunga, na hutoa yaliyomo yake kwa nje ya seli. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villarreal)

Muhtasari wa sehemu

Gradient ya pamoja inayoathiri ion inajumuisha gradient yake ya ukolezi na gradient yake ya umeme. Seli za kuishi zinahitaji vitu fulani katika viwango vikubwa zaidi kuliko vilivyopo katika nafasi ya ziada. Kusonga vitu juu ya gradients yao ya electrochemical inahitaji nishati kutoka kwenye seli. Usafiri wa kazi hutumia nishati iliyohifadhiwa katika ATP ili kuimarisha usafiri. Usafiri wa kazi wa vifaa vidogo vya ukubwa wa molekuli hutumia protini muhimu katika utando wa seli ili kusonga nyenzo-protini hizi zinafanana na pampu. Baadhi ya pampu, ambazo hufanya usafiri wa msingi wa kazi, wanandoa moja kwa moja na ATP kuendesha hatua zao. Katika usafiri wa sekondari, nishati kutoka kwa usafiri wa msingi inaweza kutumika kuhamisha dutu nyingine ndani ya seli na juu ya gradient yake ya ukolezi.

Mbinu za Endocytosis zinahitaji matumizi ya moja kwa moja ya ATP ili kuimarisha usafirishaji wa chembe kubwa kama vile macromolecules; sehemu za seli au seli nzima zinaweza kuingizwa na seli nyingine katika mchakato unaoitwa phagocytosis. Katika phagocytosis, sehemu ya utando invaginates na inapita karibu na chembe, hatimaye kunyosha na kuacha chembe kabisa iliyoambatanishwa na bahasha ya utando wa plasma. Vacuoles ni kuvunjwa na seli, na chembe kutumika kama chakula au dispatched kwa njia nyingine. Pinocytosis ni mchakato sawa kwa kiwango kidogo. Kiini hufukuza taka na chembe nyingine kupitia mchakato wa reverse, exocytosis. Vikwazo huhamishwa nje ya seli, kusuiza kilengelenge cha membranous kwenye utando wa plasma, kuruhusu vesicle kuunganisha na utando na kuingiza yenyewe katika muundo wa membrane, ikitoa yaliyomo yake kwa nje ya seli.

faharasa

usafiri wa kazi

njia ya kusafirisha vifaa ambayo inahitaji nishati

electrokemikali gradient

gradient zinazozalishwa na vikosi vya pamoja vya gradient umeme na gradient kemikali

endocytosis

aina ya usafiri wa kazi ambayo husababisha vitu, ikiwa ni pamoja na maji na chembe, ndani ya seli

exocytosis

mchakato wa kupitisha nyenzo nje ya seli

phagocytosis

mchakato unaochukua macromolecules ambayo kiini inahitaji kutoka kwa maji ya ziada; tofauti ya endocytosis

pinocytosis

mchakato unaochukua solutes kwamba seli inahitaji kutoka kwa maji ya ziada; tofauti ya endocytosis

endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated

tofauti ya endocytosis ambayo inahusisha matumizi ya protini maalum za kumfunga kwenye membrane ya plasma kwa molekuli maalum au chembe

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts