Hlavný rozdiel - aktívna a pasívna difúzia

Bunková membrána slúži ako polopriepustná bariéra, ktorá kontroluje pohyb molekúl po nej, aby sa udržalo konštantné cytosolické prostredie. Fosfolipidová dvojvrstva umožňuje niektorým molekulám voľne prechádzať bunkovou membránou cez jej koncentračný gradient a niektorým ďalším molekulám použiť špeciálne štruktúry na prechod membránou. Tieto štruktúry sú transmembránové proteíny. Zvyšok molekúl by prešiel bunkovou membránou využitím bunkovej energie. Aktívna a pasívna difúzia sú dve metódy, ktoré sa podieľajú na transporte molekúl cez bunkovú membránu. The hlavný rozdiel medzi aktívnou a pasívnou difúziou je to molekuly aktívnej difúznej pumpy proti koncentračnému gradientu pomocou energie ATP keďže pasívna difúzia umožňuje molekulám prejsť membránou cez koncentračný gradient. Pasívna difúzia teda nevyužíva bunkovú energiu na transport molekúl.

Pokryté kľúčové oblasti

1. Čo je aktívna difúzia - Definícia, typy molekúl, transportný mechanizmus 2. Čo je to pasívna difúzia - Definícia, typy molekúl, transportný mechanizmus 3. Aké sú podobnosti medzi aktívnou a pasívnou difúziou - Prehľad bežných funkcií 4. Aký je rozdiel medzi aktívnou a pasívnou difúziou - Porovnanie kľúčových rozdielov

Kľúčové pojmy: ATP, bunková membrána, elektrochemický gradient, uľahčená difúzia, osmóza, primárna aktívna difúzia, sekundárna aktívna difúzia, jednoduchá difúzia

Čo je aktívna difúzia

Aktívna difúzia sa týka pohybu molekúl alebo iónov z oblasti s nižšou koncentráciou na vyššiu koncentráciu s pomocou nosičových proteínov v bunkovej membráne s využitím bunkovej energie. Bunky akumulujú glukózu, aminokyseliny a ióny aktívnou difúziou. Primárna aktívna difúzia a sekundárna aktívna difúzia sú dva typy aktívnych difúznych mechanizmov používaných bunkami.

Primárna aktívna difúzia

Primárna aktívna difúzia sa týka transportu molekúl proti koncentračnému gradientu využitím bunkovej energie vo forme ATP. Primárny aktívny transport preto využíva molekuly nosičového proteínu poháňané ATP. Primárny aktívny transport je najzreteľnejší v čerpadle sodík/draslík (Na+/K+ ATPáza), ktoré udržuje pokojový potenciál bunky. Energia uvoľnená hydrolýzou ATP sa používa na čerpanie troch iónov sodíka z bunky a dvoch iónov draslíka do bunky. Tu sú sodné ióny transportované z nižšej koncentrácie 10 mM do vyššej koncentrácie 145 mM. Ióny draslíka sú transportované zo 140 mM koncentrácie vo vnútri bunky do 5 mM koncentrácie extracelulárnej tekutiny. Účinok sodno/draselnej pumpy je znázornený na obrázku 1.

Obrázok 1: Sodno-draselné čerpadlo

Protónová/draselná pumpa (H+/K+ ATPáza) sa nachádza vo výstelke žalúdka, pričom vo vnútri žalúdka udržuje kyslé prostredie. Omeprazol je inhibítor protónovej/draselnej pumpy, ktorý znižuje kyslý reflux v žalúdku. Oxidačná fosforylácia aj fotofosforylácia elektrónového transportného reťazca používa na vytvorenie redukčnej sily aj primárny aktívny transport.

Sekundárna aktívna difúzia

Sekundárna aktívna difúzia sa týka transportu molekúl proti koncentračnému gradientu energiou uvoľnenou z elektrochemického gradientu. Tu sú transmembránové proteíny vyrobené kanálovými proteínmi (proteíny tvoriace póry). Pri sekundárnom aktívnom transporte je pozorovaný súčasný pohyb inej látky oproti koncentračnému gradientu. Kanálové proteíny zahrnuté v sekundárnej aktívnej difúzii môžu byť teda identifikované ako kotransportéry. Dva typy kotransportérov sú antiporty a symportéry. Pôsobenie kotransportérov je znázornené na obrázku 2.

Obrázok 2: Kotransportéry

Konkrétny ión a rozpustená látka sú transportované v opačných smeroch antiportami. Výmenník sodík/vápnik, ktorý umožňuje obnovenie koncentrácie vápnikových iónov v kardiomyocyte po akčnom potenciáli, je najbežnejším príkladom antiportorov. Ióny sú transportované cez koncentračný gradient, zatiaľ čo rozpustená látka je transportovaná proti koncentračnému gradientu symportérmi. Tu sú obe molekuly transportované rovnakým smerom cez bunkovú membránu. SGLT2 je symportér, ktorý transportuje glukózu do bunky spolu so sodíkovými iónmi.

Čo je to pasívna difúzia

Pasívna difúzia sa týka pohybu iónov alebo molekúl cez bunkovú membránu cez koncentračný gradient bez využitia bunkovej energie. Preto pasívna difúzia využíva prirodzenú entropiu molekúl na prechod cez bunkovú membránu. Pohyb molekúl nastáva, kým sa ich koncentrácia nestane rovnakou na oboch stranách. Štyrmi hlavnými druhmi pasívnej difúzie sú osmóza, jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia a filtrácia.

Jednoduchá difúzia

Jednoduchý pohyb molekúl cez priepustnú membránu sa nazýva jednoduchá difúzia. Malé nepolárne molekuly používajú jednoduchú difúziu. Difúzna vzdialenosť by mala byť menšia, aby sa zachoval lepší prietok. Jednoduchá difúzia je znázornená na obrázku 3.

Obrázok 3: Jednoduchá difúzia

Uľahčená difúzia

Polárne molekuly a veľké molekuly prechádzajú bunkovou membránou uľahčenou difúziou. Tri typy transportných proteínov zapojených do uľahčenej difúzie sú kanálové proteíny, aquaporíny a nosné proteíny. Kanálové proteíny vytvárajú hydrofóbne tunely cez membránu, čo umožňuje vybraným hydrofóbnym molekulám prejsť cez membránu. Niektoré kanálové proteíny sú otvorené vždy a niektoré sú uzavreté ako proteíny iónového kanála. Aquaporíny umožňujú vode rýchlo prejsť membránou. Nosné proteíny menia svoj tvar a transportujú cieľové molekuly cez membránu. Uľahčená difúzia je znázornená na obrázku 4.

Obrázok 4: Zjednodušená difúzia

Filtrácia

Filtrácia je pohyb rozpustených látok spolu s vodou v dôsledku hydrostatického tlaku generovaného kardiovaskulárnym systémom. Vyskytuje sa v Bowmanovej kapsule v obličkách. Filtrácia je znázornená na obrázku 5.

Obrázok 5: Filtrácia

Osmóza

Osmóza je pohyb vody po selektívne priepustnej membráne. Vyskytuje sa od vysokého vodného potenciálu po nízky vodný potenciál. Účinok osmotického tlaku na červené krvinky je znázornený na obrázku 6. Červené krvinky v hypertonickom roztoku môžu stratiť vodu z buniek. Hypertonické roztoky obsahujú vyššiu koncentráciu rozpustených látok ako cytoplazma červených krviniek. Izotonické roztoky obsahujú podobnú koncentráciu rozpustených látok ako v cytoplazme. Čistý pohyb vody dovnútra a von z bunky je teda nulový. Hypotonické roztoky obsahujú nízke koncentrácie rozpustených látok ako cytoplazma. Červené krvinky dostávajú vodu z hypotonických roztokov.

Obrázok 6: Osmotický tlak na červené krvinky

Molekuly rozpustné v lipidoch pasívne prechádzajú fosfolipidovou dvojvrstvou. Molekuly rozpustné vo vode prechádzajú bunkovou membránou prostredníctvom transmembránových proteínov.

Podobnosti medzi aktívnou a pasívnou difúziou

Rozdiel medzi aktívnou a pasívnou difúziou

Definícia

Aktívna difúzia: Aktívna difúzia je pohyb molekúl alebo iónov z oblasti s nižšou koncentráciou na vyššiu koncentráciu s pomocou nosičových proteínov v bunkovej membráne s využitím bunkovej energie.

Pasívna difúzia: Pasívna difúzia je pohyb iónov alebo molekúl cez bunkovú membránu cez koncentračný gradient bez využitia bunkovej energie.

Využitie bunkovej energie

Aktívna difúzia: Aktívna difúzia využíva bunkovú energiu na transport molekúl cez bunkovú membránu.

Pasívna difúzia: Pasívna difúzia nevyužíva bunkovú energiu.

Druh dopravy

Aktívna difúzia: Primárna aktívna difúzia a sekundárna aktívna difúzia sú dva typy aktívnej difúzie.

Pasívna difúzia: Jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia, filtrácia a osmóza sú štyri typy pasívnej difúzie.

Preprava molekúl

Aktívna difúzia: Ióny, veľké bielkoviny, komplexné cukry a bunky sa transportujú aktívnou difúziou.

Pasívna difúzia: Molekuly rozpustné vo vode, ako sú malé monosacharidy, lipidy, pohlavné hormóny, oxid uhličitý, kyslík a voda, sa transportujú pasívnou difúziou.

Úloha

Aktívna difúzia: Aktívna difúzia umožňuje molekulám prechádzať bunkovou membránou, čím narúša rovnováhu vytvorenú difúziou.

Pasívna difúzia: Dynamická rovnováha vody, živín, plynov a odpadov je udržiavaná pasívnou difúziou medzi cytosolom a extracelulárnym prostredím.

Dôležitosť

Aktívna difúzia: Na vstup veľkých nerozpustných molekúl do bunky je potrebný aktívny transport.

Pasívna difúzia: Pasívna difúzia umožňuje zachovanie jemnej homeostázy medzi cytosolom a extracelulárnou tekutinou.

Záver

Aktívna difúzia a pasívna difúzia sú dva typy membránových transportných mechanizmov používaných bunkami. Oba procesy prebiehajú cez bunkovú membránu. Bunková membrána slúži ako selektívne priepustná bariéra, ktorá umožňuje iba malým nenabitým molekulám voľne prejsť bunkovou membránou. Veľké molekuly, ako aj nabité ióny, prechádzajú bunkovou membránou aktívnou difúziou. Malé, nenabité molekuly prechádzajú pasívnou difúziou. Pretože dochádza k aktívnej difúzii proti koncentračnému gradientu, využíva bunkovú energiu vo forme ATP alebo elektrochemického gradientu. K pasívnej difúzii však dochádza pomocou koncentračného gradientu a na transport molekúl nevyžaduje bunkovú energiu. Hlavným rozdielom medzi aktívnou a pasívnou difúziou je typ prechádzajúcich molekúl a využitie bunkovej energie v každom procese.

Referencia:

1. Helmenstine, Anne Marie. „Porovnajte a porovnajte aktívnu a pasívnu dopravu.“ ThoughtCo, k dispozícii tu.

Obrázok so súhlasom:

1. „Blausen 0818 Sodium-Draselné čerpadlo“ od zamestnancov Blausen.com (2014). „Lekárska galéria Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. - Vlastná práca (CC BY 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia2. „Cotransporter“ Od používateľa Wikimedia: Lupask-Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) cez Commons Wikimedia 3. „Schéma jednoduchej difúzie v bunkovej membráne-en“ od LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal-Vlastná práca (Public Domain) cez Commons Wikimedia4. „Blausen 0394 Facilitated Diffusion“ Od zamestnancov Blausen.com (2014). „Lekárska galéria Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. - Vlastná práca (CC BY 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia5. „Diagram filtrácie“ od LadyofHats Mariana Ruiz (verejná doména) prostredníctvom Commons Wikimedia6. „Diagram osmotického tlaku na krvinky“ Autor: LadyofHats (Public Domain) prostredníctvom Commons Wikimedia