Perbezaan Antara Osmosis dan Pengangkutan Aktif

Suatu sel mempunyai banyak keperluan untuk tumbuh dan ditiru, dan bahkan sel-sel yang tidak aktif atau mereplikasi memerlukan nutrien daripada alam sekitar untuk berfungsi. Banyak keperluan sel adalah molekul yang boleh didapati di luar sel, termasuk air, gula, vitamin dan protein.

Membran sel mempunyai fungsi pelindung dan struktur penting, dan bertindak untuk menjaga kandungan selular terpisah dari persekitaran luar. Lapisan lipid membran sel terdiri daripada fosfolipid, yang mempunyai hidrofobik (larut minyak, "takut air") ekor yang membentuk penghalang kepada banyak larut dan molekul dalam alam sekitar. Ciri membran sel ini membolehkan persekitaran dalaman sel berbeza dari persekitaran luaran, tetapi juga bertindak sebagai penghalang utama untuk mengambil molekul tertentu dari alam sekitar dan membuang buangan.

Walau bagaimanapun, lipid bilayer tidak menimbulkan masalah untuk semua molekul. Hidrofobik (atau larut minyak), molekul nonpolar boleh bebas meresap melalui membran sel tanpa pengedaran. Kelas molekul ini termasuk gas seperti oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), dan nitrik oksida (NO). Molekul organik hidrofobik yang lebih besar juga boleh melalui membran plasma, termasuk hormon tertentu (seperti estrogen) dan vitamin (seperti vitamin D). Molekul kecil, kutub (termasuk air) sebahagiannya dihalang oleh lipid bilayer tetapi masih boleh dilalui.

Untuk molekul yang boleh melepasi membran sel secara bebas, sama ada mereka pergi ke dalam atau di luar sel bergantung kepada kepekatan mereka. Kecenderungan molekul bergerak mengikut kecerunan kepekatan mereka (iaitu dari kepekatan yang lebih tinggi ke kepekatan yang lebih rendah) dipanggil penyebaran. Ini bermakna molekul akan mengalir keluar dari sel jika terdapat lebih banyak di dalam sel daripada luar. Begitu juga, jika terdapat lebih banyak di luar sel, molekul akan mengalir ke sel sehingga keseimbangan dipenuhi. Sebagai contoh, pertimbangkan sel otot. Semasa bersenam, sel menukarkan O2 kepada CO2. Apabila darah yang oksigen memasuki otot, O2 bergerak dari tempat kepekatannya lebih tinggi (dalam darah) ke mana ia lebih rendah (dalam sel-sel otot). Pada masa yang sama, CO2 bergerak keluar dari sel-sel otot (di mana ia lebih tinggi) ke darah (di mana ia lebih rendah). Penyebaran tidak memerlukan perbelanjaan tenaga. Penyebaran air diberi nama khusus, osmosis.

Untuk molekul kutub yang lebih besar dan mana-mana molekul yang dikenakan, memasuki dan meninggalkan sel adalah lebih sukar kerana mereka tidak boleh melalui lipid bilayer. Molekul kelas ini termasuk ion, gula, asid amino (blok bangunan protein) dan banyak lagi perkara yang diperlukan oleh sel untuk bertahan dan berfungsi. Untuk menyelesaikan masalah ini, sel mempunyai protein pengangkutan yang membolehkan molekul-molekul ini bergerak ke dalam dan keluar dari sel. Protein pengangkutan ini membentuk 15-30% daripada protein dalam membran sel.

Protein pengangkutan datang dalam beberapa bentuk dan saiz, tetapi semua meluas melalui lipid bilayer, dan setiap protein pengangkutan mempunyai jenis molekul tertentu yang ia pengangkutan. Terdapat protein pembawa (yang juga dikenali sebagai pengangkut atau pelepasan), yang mengikat kepada larut atau molekul pada satu sisi membran dan mengangkutnya ke sisi lain membran. Protein pengangkutan kelas kedua termasuk protein saluran. Protein saluran membentuk pembukaan hidrofilik ("air penyayang") dalam membran untuk membolehkan molekul polar atau terapung mengalir melalui. Kedua-dua saluran protein dan protein pembawa memudahkan pengangkutan masuk ke dalam dan keluar dari sel.

Molekul boleh bergerak melalui protein pengangkutan dari kepekatan yang tinggi ke kepekatan yang lebih rendah. Proses ini dipanggil pengangkutan pasif atau difusi difasilitasi. Ia sama dengan penyebaran molekul nonpolar atau air terus melalui lipid bilayer, kecuali ia memerlukan protein pengangkutan.

Kadang-kadang, sel memerlukan sesuatu dari persekitaran yang terdapat dalam kepekatan yang sangat rendah di luar sel. Sebagai alternatif, sel mungkin memerlukan kepekatan yang sangat rendah daripada larut tertentu di dalam sel. Semasa difusi akan membolehkan kepekatan di dalam dan di luar sel bergerak ke arah keseimbangan, proses yang dipanggil pengangkutan aktif membantu menumpukan larut atau molekul sama ada di dalam atau di luar sel. Pengangkutan aktif memerlukan perbelanjaan tenaga untuk memindahkan molekul terhadap kecerunan tumpuannya. Terdapat dua bentuk utama pengangkutan aktif dalam sel eukariotik. Jenis pertama terdiri daripada pam yang dipandu ATP. Pam ini menggunakan hidrolisis ATP untuk mengangkut kelas tertentu larut atau molekul merentasi membran untuk menumpukan sama ada di dalam atau di luar sel. Pasangan jenis kedua (dipanggil cotransporters) mengangkut satu molekul terhadap kecerunan tumpuannya (dari rendah ke tinggi) dengan pengangkutan molekul kedua ke bawah kecerunan tumpuannya (dari tinggi ke rendah).

Sel-sel juga menggunakan pengangkutan aktif untuk mengekalkan kepekatan ion yang betul. Kepekatan Ion sangat penting untuk sifat elektrik sel, mengawal jumlah air dalam sel dan fungsi ion lain yang penting. Sebagai contoh, ion Magnesium (MG2 +) sangat penting untuk banyak protein yang terlibat dalam pembaikan dan penyelenggaraan DNA. Kalsium (Ca2 +) juga penting dalam banyak proses sel, dan pengangkutan aktif membantu mengekalkan kecerunan kalsium sebanyak 1: 10,000. Pengangkutan ion di seluruh lipid bilayer bergantung bukan sahaja pada kecerunan tumpuan, tetapi juga pada sifat elektrik membran, di mana seperti caj menolak. Natrium-potassium ATPase atau Na + -K + mengekalkan kepekatan natrium yang lebih tinggi di luar sel. Hampir satu pertiga daripada keperluan tenaga sel yang digunakan dalam usaha ini. Perbelanjaan tenaga yang besar untuk pengangkutan ion yang aktif membuktikan pentingnya mengekalkan keseimbangan molekul dalam fungsi sel yang betul.

Ringkasan

Osmosa adalah penyebaran pasif air di seluruh membran sel dan tidak memerlukan protein pengangkutan. Apengangkutan ctive adalah pergerakan molekul terhadap kecerunan konsentrasi mereka (dari kepekatan yang rendah ke tinggi) atau terhadap kecerunan elektrik mereka (ke arah yang serupa) dan memerlukan pengangkut protein dan tenaga tambahan, sama ada melalui hidrolisis ATP atau melalui gandingan ke pengangkutan bawah tanah satu lagi bahan larut.