Transporte Ativo - Active transport


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Em biologia celular, transporte activo é o movimento de moléculas através de uma membrana a partir de uma região da sua concentração inferior a uma região da sua maior concentração-contra o gradiente de concentração. Transporte ativo requer energia celular para alcançar este movimento. Existem dois tipos de transporte activo: transporte activo primário que utiliza ATP , e o transporte activo secundário que utiliza um gradiente electroquímico. Um exemplo de transporte activo na fisiologia humana é a absorção de glicose nos intestinos .

mecanismos de transporte celular

Transporte activo é o movimento de moléculas através de uma membrana a partir de uma região da sua concentração inferior a uma região da sua concentração mais elevada a concentração-contra gradiente ou outro factor de obstruir.

Ao contrário do transporte passivo , o qual utiliza a energia cinética e natural entropia de moléculas que se deslocam para baixo um gradiente, transporte activo utiliza energia celular para movê-los contra um gradiente, repulsão polar, ou outra resistência. Transporte activo está geralmente associada com a acumulação de elevadas concentrações de moléculas que as necessidades celulares, tais como iões , a glicose e os aminoácidos . Se o processo utiliza energia química, tal como a partir de trifosfato de adenosina (ATP), que é denominado transporte activo primário. Transporte activo secundário envolve o uso de um gradiente electroquímico . Exemplos de transporte activo incluem a absorção de glicose no intestino em humanos e a absorção de iões minerais em cabelo raiz células de plantas.

História

Em 1848, o fisiologista alemão Emil du Bois-Reymond sugeriu a possibilidade de transporte ativo de substâncias através das membranas.

Rosenberg (1948) formulou o conceito de transporte activo com base em considerações energéticas, mas mais tarde iria ser redefinido.

Em 1997, Jens Christian Skou , um dinamarquês médico recebeu o Prêmio Nobel de Química por sua pesquisa a respeito da bomba de sódio e potássio

Uma categoria de cotransportadores que é especialmente importante na investigação sobre o tratamento de diabetes é cotransportadores de glicose de sódio. Estes transportadores foram descobertos por cientistas do Instituto Nacional de Saúde. Estes cientistas notaram uma discrepância na absorção de glicose, em diferentes pontos no túbulo do rim de um rato. O gene foi então descoberto para a proteína de transporte de glucose intestinal e ligada a estes sistemas de co-transporte de glicose membrana de sódio. A primeira destas proteínas de transporte de membrana foi nomeado SGLT1 seguido pela descoberta de SGLT2 . Robert Krane também desempenhou um papel de destaque neste campo.

fundo

Especializadas proteínas transmembranares reconhecem a substância e permitir que ele se mova através da membrana quando o contrário não teria, ou porque a camada dupla de fosfolípido da membrana é impermeável à substância movido ou porque a substância é movido na direcção contrária à do seu gradiente de concentração . Existem duas formas de transporte activo, transporte activo primário e secundário de transporte activo. No transporte activo primário, as proteínas envolvidas são as bombas que normalmente utilizam energia química na forma de ATP. Transporte activo secundário, no entanto, faz uso da energia potencial, que é geralmente derivada através da exploração de uma electroquímica gradiente. A energia gerada a partir de um ião movendo-se para baixo do seu gradiente electroquimico é usado para alimentar o transporte de outro ião movendo-se de encontro ao seu gradiente electroquimico. Isto envolve a formação de poros proteínas que formam canais através da membrana celular . A diferença entre o transporte passivo e transporte activo é que o transporte activo requer energia, e move-se substâncias contra a sua respectiva gradiente de concentração, enquanto que o transporte passivo não requer energia e move substâncias na direcção da respectiva gradiente de concentração.

Numa antiportador , um substrato é transportado numa direcção através da membrana enquanto que o outro é cotransported na direcção oposta. Numa simportador , dois substratos são transportados na mesma direcção através da membrana. Processos antiporte e simporte estão associados com o transporte activo secundário , o que significa que uma das duas substâncias é transportado contra o gradiente de concentração, utilizando-se a energia derivada do transporte de outro ião (principalmente de Na + , K + ou H + iões) para baixo a sua concentração gradiente.

Se são moléculas de substrato em movimento a partir de áreas de menor concentração para as zonas de maior concentração (isto é, na direcção oposta, como, ou contra o gradiente de concentração), proteínas de transporte transmembranar específicos são necessários. Estas proteínas têm receptores que se ligam a moléculas específicas (por exemplo, glicose ) e transportá-los através da membrana celular. Porque a energia é necessária neste processo, que é conhecido como o transporte 'activo'. Exemplos de transporte activo incluem o transporte de sódio para fora da célula e de potássio para dentro da célula pela bomba de sódio-potássio. Transporte ativo, muitas vezes ocorre no revestimento interno do intestino delgado .

As plantas precisam de absorver sais minerais do solo ou de outras fontes, mas existem esses sais na muito diluída solução . Transporte activo, que permite que estas células tomar-se sais a partir desta solução diluída contra o sentido do gradiente de concentração . Por exemplo, as moléculas de cloro (Cl ^ -) e nitrato de NO3- existir no citosol de células de plantas, e precisam de ser transportados para o vacúolo. Enquanto o vacúolo tem canais para estes iões, transporte deles é contra o gradiente de concentração, e assim o movimento destes iões é conduzido pelas bombas de hidrogénio, ou bombas de protões

transporte activo primário

A acção da bomba de sódio e de potássio é um exemplo de transporte activo primário.

Transporte activo primário, também designada por transporte activo directa, utiliza directamente energia metabólica para o transporte de moléculas através de uma membrana. Substâncias que são transportados através da membrana celular por transporte activo primário incluem iões de metais, tais como Na + , K + , Mg 2+ , e Ca 2+ . Estas partículas carregadas requerem bombas iónicas ou canais iónicos de atravessar as membranas e distribuir através do corpo.

A maioria das enzimas que executam este tipo de transporte são transmembranares ATPases . Um ATPase primário universal para toda a vida animal é a bomba de sódio-potássio , o que ajuda a manter o potencial da célula . A bomba de sódio-potássio mantém o potencial de membrana, movendo três iões de Na + para fora da célula, para cada dois iões K + transferida para dentro da célula. Outras fontes de energia para o transporte ativo primário são redox energia e fótons de energia ( luz ). Um exemplo de transporte activo primário usando energia redox é a mitocondrial cadeia de transporte de electrões que utiliza a energia de redução de NADH para mover protões através da membrana mitocondrial interna contra o seu gradiente de concentração. Um exemplo de transporte activo primário, utilizando a energia da luz são as proteínas envolvidas na fotossíntese que utilizam a energia dos fotões para criar um gradiente de protões através da membrana de tilacoide e também para criar energia redução sob a forma de NADPH .

Modelo de transporte activo

Hidrólise de ATP é utilizado para transportar os iões de hidrogénio contra o gradiente electroquímico (de baixo a alta concentração do ião de hidrogénio). A fosforilação da proteína transportadora e a ligação de um ião hidrogénio induzir uma alteração conformacional (forma) que conduz os iões de hidrogénio para o transporte contra o gradiente electroquímico. A hidrólise do limite grupo fosfato e a libertação de iões de hidrogénio, em seguida, restaura o transportador para a sua conformação original é.

Tipos de transportadores ativos primários

  1. -ATPase do tipo P : bomba de potássio de sódio , bomba de cálcio , da bomba de protões
  2. F-ATPase : ATP sintase mitocondrial, cloroplasto ATP sintase
  3. V-ATPase : ATPase vacuolar
  4. ABC ( cassete de ligação de ATP ) transportador: MDR, CFTR, etc.

Transportadores cassete de ligação ao trifosfato de adenosina ( transportadores ABC ) compreendem uma família de proteína grande e diverso, muitas vezes, funcionando como bombas accionadas ATP. Geralmente, existem vários domínios envolvidos na estrutura da proteína total do transportador, incluindo dois domínios de ligação a nucleótidos que constituem o motivo de ligação a ATP e dois domínios transmembranares hidrofóbicas que criam o componente "poro". Em termos gerais, os transportadores ABC estão envolvidos na importação ou exportação de moléculas através de uma membrana celular; ainda dentro da família proteína existe uma extensa gama de função.

Em plantas, os transportadores ABC são muitas vezes encontrados em membranas celulares e organelos, tais como as mitocôndrias, cloroplastos, e membrana de plasma. Há evidências para apoiar essa planta transportadores ABC desempenhar um papel direto em resposta patógeno, transporte phytohormone, e desintoxicação. Além disso, certas plantas ABC transportadores podem funcionar na exportação activamente compostos voláteis e metabolitos antimicrobianos.

Em flores de petúnia ( Petunia hybrida ), o transportador ABC PhABCG1 está envolvida no transporte activo de compostos orgânicos voláteis. PhABCG1 é expressa em pétalas de flores abertas. Em geral, os compostos voláteis podem promover a atracção de organismos semente-dispersão e polinizadores, bem como a ajuda na defesa, sinalização, Alelopatia, e protecção. Para estudar o PhABCG1 proteína, linhas de interferência de ARN de petúnia transgénicas foram criadas com diminuição PhABCG1 níveis de expressão. Nestas linhas transgénicas, foi observada uma diminuição da emissão de compostos voláteis. Assim, é provável PhABCG1 envolvidas na exportação de compostos voláteis. Expericias subsequentes envolveu a incubação de controlo e transgicos que expressavam linhas PhABCG1 para testar a actividade de transporte envolvendo substratos diferentes. Em última análise, PhABCG1 é responsável para o transporte mediado por proteína de compostos orgânicos voláteis, tais como álcool e benezyl metilbenzoato, através da membrana plasmática.

Além disso, em plantas, transportadores ABC podem estar envolvidos no transporte de metabolitos celulares. Transportadores resistência pleiotrópica droga ABC são a hipótese de ser envolvido na resposta ao stress e exportação metabolitos antimicrobianos. Um exemplo deste tipo de transportador ABC é a proteína NtPDR1. Este transportador ABC única é encontrada em Nicotiana tabacum células BY2 e é expresso na presença de eliciadores microbianas. NtPDR1 está localizada na epiderme de raiz e tricomas aéreas da planta. Experiências usando anticorpos especificamente dirigidas NtPDR1 seguido por Western blotting permitido para esta determinação da localização. Além disso, é provável que a proteína NtPDR1 transporta activamente a moléculas de diterpeno anti-microbianos, que são tóxicos para a célula em níveis elevados.

transporte activo secundário

transporte activo secundário

No transporte activo secundário, também conhecido como o transporte acoplado ou co-transporte , a energia é utilizada para o transporte de moléculas através de uma membrana; no entanto, em contraste com o transporte activo primário , não há nenhuma ligação directa de ATP ; em vez disso, baseia-se na diferença de potencial eletroquímico criado por bombear íons in / out da célula. Permitindo um ião ou molécula de se mover para baixo um gradiente electroquímico, mas, possivelmente, contra o gradiente de concentração, onde ele é mais concentrada para que, quando for menos concentrada aumentos de entropia e pode servir como uma fonte de energia para o metabolismo (por exemplo, em ATP sintase ). A energia derivada do bombeamento de protões através da membrana celular é frequentemente utilizado como a fonte de energia no transporte activo secundário. Nos seres humanos, o sódio (Na + ) é um comumente co-transporte de iões através da membrana plasmática, cujo gradiente electroquímico é, então, usada para alimentar o transporte activo de um segundo ião ou molécula contra a sua inclinação. Em bactérias e células de levedura pequenas, geralmente um ião cotransported é hidrogénio. Bombas de hidrogénio também são usados para criar um gradiente electroquímico para levar a cabo processos dentro das células, tais como na cadeia de transporte de electrões , uma importante função de respiração celular que acontece na mitocôndria da célula.

Em agosto de 1960, em Praga, Robert K. guindaste apresentado pela primeira vez sua descoberta do co-transporte sódio-glicose como o mecanismo de absorção de glicose intestinal. Descoberta de co-transporte do guindaste foi a primeira proposta já de acoplamento fluxo em biologia.

Cotransportadores pode ser classificada como simportadores e antiportadores , dependendo se as substâncias mover na mesma ou em direcções opostas.

antiportador

Função de simportadores e antiportadores .

Numa antiportador duas espécies de iões ou outros solutos são bombeados em sentidos opostos através de uma membrana. Uma destas espécies é permitido fluir da alta para a baixa concentração que produz o entrópica energia para conduzir o transporte de outro soluto a partir de uma região de baixa concentração de um alto.

Um exemplo é o permutador de sódio-cálcio ou antiportador , que permite que três iões de sódio na célula para o transporte de uma cálcio para fora. Este mecanismo antiporte é importante dentro das membranas das células do músculo cardíaco, a fim de manter a concentração de cálcio no citoplasma de baixo. Muitas células também possuem ATPases de cálcio , que pode operar a baixas concentrações intracelulares de cálcio e define a concentração normal ou de repouso desta importante segundo mensageiro . Mas a ATPase exporta iões de cálcio mais lentamente: apenas 30 por segundo vs. 2000 por segundo pelo permutador. O permutador entra em serviço quando a concentração de cálcio aumenta abruptamente ou "picos" e permite uma recuperação rápida. Isto mostra que um único tipo de ião pode ser transportado por várias enzimas, que não precisam de ser activo todo o tempo (constitutivamente), mas podem existir para satisfazer as necessidades específicas e intermitentes.

symporter

Um simportador utiliza o movimento de descida de uma espécie de soluto de alta para baixa concentração para mover uma outra molécula para cima a partir baixa concentração de alta concentração (contra seu gradiente de concentração ). Ambas as moléculas são transportados na mesma direcção.

Um exemplo é o simportador glicose SGLT1 , que co-transporta uma glicose (ou galactose ) molécula na célula, para cada dois iões de sódio que importa para a célula. Este symporter está localizado no intestino, coração e cérebro. Também está localizado no segmento S3 do túbulo proximal em cada nefrónio nos rins . O seu mecanismo é explorado na terapia de re-hidratação da glicose Este mecanismo utiliza a absorção de açúcar através das paredes do intestino para puxar a água em conjunto com ele. Defeitos em SGLT2 prevenir a reabsorção de glicose eficaz, causando glicosúria familiar renal .

transporte a granel

Endocitose e a exocitose são as duas formas de transporte a granel que se movem os materiais para dentro e para fora das células, respectivamente, por meio de vesículas . No caso de endocitose, a membrana celular em torno de dobras os materiais desejados fora da célula. A partícula ingerido fica preso dentro de uma bolsa, conhecida como uma vesícula, no interior do citoplasma . Enzimas muitas vezes a partir de lisossomas são então utilizadas para digerir as moléculas absorvidas por este processo. Substâncias que entram na célula por meio de endocitose mediada por sinal incluir proteínas, hormonas e factores de crescimento. Os vírus entra nas células através de uma forma de endocitose que envolve a sua membrana exterior se fundirem com a membrana da célula. Isso força o ADN viral na célula hospedeira.

Os biólogos distinguir dois tipos principais de endocitose: pinocytosis e fagocitose .

  • Em pinocitose, células englobam partículas de líquidos (em seres humanos este processo ocorre no intestino delgado, onde as células engolir gotículas de gordura).
  • Em fagocitose, células englobam partículas sólidas.

Exocitose envolve a remoção de substâncias através da fusão da membrana celular externa e uma vesícula de membrana Um exemplo de exocitose seria a transmissão do neurotransmissor através de uma sinapse entre células cerebrais.

Veja também

Referências

Notas

links externos