Aktivni transport topljenih snovi: funkcija, vloga in bolezni

Aktivni transport topljene snovi je oblika prenosa substratov skozi biomembrano. Aktivni transport se pojavi proti a koncentracija ali gradient naboja in se pojavi pri porabi energije. V mitohondriopatijah je ta proces oslabljen.

Kaj je aktivni transport topljene snovi?

Aktivni transport topljene snovi je način prenosa substratov skozi biomembrano. V človeškem telesu fosfolipidne in dvoslojne biomembrane ločujejo posamezne predele celic. Na podlagi svojih membranskih komponent različne biomembrane prevzamejo aktivno vlogo v selektivnosti masa prevoz. Kot ločilna plast med več predelki je biomembrana za večino vseh po naravi neprepustna molekule. Samo lipofilni, manjši in hidrofobni molekule prosto difundirajo skozi dvoslojni lipid. Ta vrsta nastavljene prepustnosti membrane je znana tudi kot selektivna prepustnost. Difuzno molekule vključujejo na primer plin, alkohol in sečnina molekul. Ioni in druge biološko aktivne snovi so večinoma hidrofilni in jih ustavi pregrada biomembrane. Da bi bili ioni voda in večji delci, kot so sladkorji, da difundirajo, ima biomembrana transport beljakovin. Aktivno sodelujejo pri prevozu snovi. Transport skozi biomembrano se imenuje tudi membranski transport ali membranski tok, če je sama membrana pri tem premaknjena. Biomembrane in njihova selektivna prepustnost vzdržujejo določeno celično okolje znotraj celice, ki spodbuja notranje funkcionalne procese. Celica in njeni predeli komunicirajo s svojim okoljem in sodelujejo v selektivnosti masa in izmenjava delcev. Mehanizmi, kot je aktivni transport topljene snovi, omogočajo selektivno prehajanje membran na tej podlagi. Aktivni transport topljene snovi je treba ločiti od pasivnega transporta topljenega sredstva in premeščenega topila, ki izpodriva membrano.

Funkcija in naloga

Prenos snovi skozi biomembrano poteka aktivno ali pasivno. Pri pasivnem transportu molekule prehajajo skozi membrano brez porabe energije v smeri določene koncentracija ali potencialni gradient. Tako je pasivni transport posebna oblika difuzije. Tako tudi večje molekule s pomočjo prenosa membrane dosežejo drugo stran membrane beljakovin. Po drugi strani je aktivni transport transportni proces, ki poteka s porabo energije proti gradientu biosistema. Različne molekule se tako lahko selektivno prenašajo skozi membrano proti kemikaliji koncentracija gradient ali gradient električnega potenciala. To igra vlogo zlasti za nabite delce. Poleg vidikov polnjenja so za energijo pomembni tudi vidiki koncentracije ravnovesje teh. Zmanjšanje entropije v zaprtem sistemu vodi do ojačanja gradienta koncentracije. Ta odnos ima enako pomembno vlogo v energiji ravnovesje kot prenos naboja proti električnemu polju ali potencialu počivajoče membrane. Čeprav se ukvarjamo z nabojem ali energijo ravnovesje v sistemu je treba koncentracijo delcev in njihovo spremembo obravnavati ločeno zaradi selektivno prepustne biomembrane. Energija za aktivni transport je na eni strani zagotovljena kot kemijsko vezavna energija, na primer v obliki hidrolize ATP. Po drugi strani pa lahko razčlenitev gradienta naboja služi kot gonilna sila in tako ustvarja električno energijo. Tretja možnost oskrbe z energijo je posledica povečanja entropije v ustreznem komunikacijskem sistemu in s tem razgradnje gradienta koncentracije drugje. Prevoz proti električnemu gradientu se imenuje elektrogeni. Glede na vir energije in vrsto dela ločimo med primarnim, sekundarnim in terciarnim aktivnim prevozom. Skupinska premestitev je posebna oblika aktivnega prevoza. Primarni aktivni transport se zgodi, ko se ATP porabi in se anorganski ioni in protoni transportirajo iz celice skozi biomembrano s transportnimi ATPazami. Tako se ion s pomočjo ionske črpalke črpa na primer iz nižje koncentrirane v višjo koncentrirano stran. The natrijev-kalij črpalka je najpomembnejša uporaba tega procesa v človeškem telesu. Črpa pozitivno napolnjen natrijev ioni pod porabo ATP in hkrati vbrizgajo pozitivno napolnjene kalij ioni v celico. Tako potencial mirovanja nevronov ostane stalen in akcijski potenciali se lahko ustvarjajo in prenašajo. Pri sekundarnem aktivnem transportu se delci prevažajo po elektrokemičnem gradientu. Potencialna energija gradienta služi kot pogon za prenos drugega substrata v isti smeri proti električnemu gradientu ali gradientu koncentracije. Ta aktivni prevoz igra posebno vlogo pri natrijev-glukoze simport v Tanko črevo. Če se drugi substrat prevaža v nasprotni smeri, je lahko prisoten tudi sekundarni aktivni transport, na primer vkalcij antiport z uporabo izmenjevalcev natrija in kalcija. Terciarni aktivni transport uporablja gradient koncentracije, določen s sekundarnim aktivnim transportom, ki temelji na primarnem aktivnem transportu. Ta vrsta prevoza igra vlogo predvsem pri prevozu di- in tripeptidov v Tanko črevo, ki ga opravi peptidni transporter 1. Skupinski translokacijski transporti monosaharidi or sladkorja alkoholi kot posebna oblika aktivnega transporta, ki kemično modificira transportne snovi s fosforilacijo. Sistem fosfoenolpiruvične kisline fosfotransferaze je najpomembnejši primer te vrste prevoza.

Bolezni in motnje

Presnova energije kot tudi določen prevoznik encimi in transporter beljakovin igrajo vlogo pri aktivnem presnovnem prevozu. Če so transportne beljakovine oz encimi zaradi mutacij ali napak pri prepisovanju genskega materiala niso prisotni v prvotno fiziološko načrtovani obliki, potem je aktiven metabolični transport mogoč le s težavo ali v skrajnih primerih sploh ne. Nekatere bolezni Tanko črevona primer povezane s tem pojavom. Bolezni z moteno oskrbo z ATP lahko imajo tudi uničujoče učinke na transport in vzrok aktivnih snovi funkcionalne motnje različnih organov. Le v nekaj primerih takih bolezni je prizadet le en organ. V večini primerov, presnova energije motnje so večorganske bolezni, ki imajo pogosto genetsko osnovo. V vseh mitohondriopatijah je na primer prizadet encimski sistem, ki sodeluje v proizvodnji energije z oksidativno fosforilacijo. Te motnje vključujejo zlasti motnje ATP sintaze. Ta encim je eden najpomembnejših transmembranskih proteinov in se tako na primer v protonski črpalki pojavlja kot transportni encim. Glavna naloga encima je katalizirati sintazo ATP. Da bi zagotovili energijo, ATP sintaza premrežuje energijsko ugoden transport protona s tvorbo ATP vzdolž protonskega gradienta. Tako je ATP sintaza eden najpomembnejših pretvornikov energije v človeškem telesu in lahko pretvori eno obliko energije v druge oblike energije. Mitohondriopatije so okvare presnovnih procesov mitohondrijev in povzročijo zmanjšano telesno zmogljivost zaradi zmanjšane sinteze ATP.