Actief transport vereist energie om te werken, en zo beweegt een cel moleculen. Het transporteren van materialen naar en uit de cellen is essentieel voor de algehele functie.

Actief transport en passief transport zijn de twee belangrijkste manieren waarop cellen stoffen verplaatsen. In tegenstelling tot actief transport vereist passief transport geen energie. De gemakkelijkere en goedkopere manier is passief transport; de meeste cellen moeten echter afhankelijk zijn van actief transport om in leven te blijven.
Waarom actief transport gebruiken?

Cellen moeten vaak actief transport gebruiken omdat er geen andere keuze is. Soms werkt diffusie niet voor cellen. Actief transport gebruikt energie zoals adenosine trifosfaat
(ATP) om moleculen tegen hun concentratiegradiënten te verplaatsen. Gewoonlijk omvat het proces een eiwitdrager die de overdracht helpt door de moleculen naar het inwendige van de cel te verplaatsen.

Een cel wil bijvoorbeeld suikermoleculen naar binnen verplaatsen, maar de concentratiegradiënt staat passief transport mogelijk niet toe. Als er een lagere suikerconcentratie in de cel is en een hogere concentratie buiten de cel, kan actief transport de moleculen tegen de gradiënt verplaatsen.

Cellen gebruiken een groot deel van de energie die ze creëren voor actief transport. In sommige organismen gaat het grootste deel van de gegenereerde ATP naar actief transport en handhaving van bepaalde niveaus van moleculen in de cellen.
Elektrochemische gradiënten

Elektrochemische gradiënten hebben verschillende ladingen en chemische concentraties. Ze bestaan over een membraan omdat sommige atomen en moleculen elektrische ladingen hebben. Dit betekent dat er een elektrisch potentiaalverschil
of membraanpotentiaal
is.

Soms moet de cel meer verbindingen binnenbrengen en tegen de elektrochemische gradiënt bewegen. Dit vereist energie maar loont in een betere algehele celfunctie. Het is vereist voor sommige processen, zoals het behoud van natrium- en kaliumgradiënten in de cellen. Cellen hebben meestal minder natrium en meer kalium binnen, dus natrium komt de cel binnen terwijl kalium weggaat.

Actief transport laat de cel ze verplaatsen tegen hun gebruikelijke concentratiegradiënten.
Primair actief transport

Primair actief transport gebruikt ATP als energiebron voor beweging. Het verplaatst ionen over het plasmamembraan, waardoor een ladingsverschil ontstaat. Vaak komt een molecuul de cel binnen terwijl een ander type molecuul de cel verlaat. Hierdoor ontstaan zowel concentratie- als ladingsverschillen in het celmembraan.

De natrium-kaliumpomp
is een cruciaal onderdeel van veel cellen. De pomp verplaatst natrium uit de cel terwijl kalium naar binnen wordt verplaatst. De hydrolyse van ATP geeft de cel de energie die hij tijdens het proces nodig heeft. De natrium-kaliumpomp is een P-type pomp die drie natriumionen naar buiten verplaatst en twee kaliumionen naar binnen brengt.

De natrium-kaliumpomp bindt ATP en de drie natriumionen. Vervolgens vindt fosforylering plaats bij de pomp zodat deze van vorm verandert. Hierdoor kan het natrium de cel verlaten en de kaliumionen worden opgenomen. Vervolgens keert de fosforylering om, wat weer de vorm van de pomp verandert, zodat kalium de cel binnenkomt. Deze pomp is belangrijk voor de algehele zenuwfunctie en komt het organisme ten goede.
Soorten primaire actieve transporters

Er zijn verschillende soorten primaire actieve transporters. P-type ATPase
, zoals de natrium-kaliumpomp, bestaat in eukaryoten, bacteriën en archaea.

U kunt P-type ATPase zien in ionenpompen zoals protonpompen, natrium-kalium pompen en calciumpompen. F-type ATPase
bestaat in mitochondriën, chloroplasten en bacteriën. ATPase
van het V-type bestaat in eukaryoten, en de ABC transporter
(ABC betekent "ATP-bindende cassette") bestaat in zowel prokaryoten als eukaryoten.
Secundair actief transport

Secundair actief transport maakt gebruik van elektrochemische gradiënten om stoffen te vervoeren met behulp van een co-transporter
. Het laat de vervoerde stoffen toe om hun gradiënten omhoog te bewegen dankzij de cotransporter, terwijl het hoofdsubstraat zijn gradiënt naar beneden verplaatst.

In feite gebruikt secundair actief transport de energie van de elektrochemische gradiënten die primair actief transport creëert. Hierdoor kan de cel andere moleculen, zoals glucose, binnen krijgen. Secundair actief transport is belangrijk voor de algehele celfunctie.

Secundair actief transport kan echter ook energie zoals ATP door de waterstofionengradiënt in de mitochondriën produceren. De energie die zich ophoopt in de waterstofionen kan bijvoorbeeld worden gebruikt wanneer de ionen het kanaaleiwit ATP-synthase passeren. Hierdoor kan de cel ADP omzetten in ATP.
Carrier Proteins

Carrier eiwitten of pompen zijn een cruciaal onderdeel van actief transport. Ze helpen materialen in de cel te transporteren.

Er zijn drie hoofdtypen dragereiwitten: uniporters
, symporters
en antiporters
.

Uniporters dragen slechts één type ion of molecuul, maar symporters kunnen twee ionen of moleculen in dezelfde richting dragen. Antiporters kunnen twee ionen of moleculen in verschillende richtingen dragen.

Het is belangrijk op te merken dat dragereiwitten in actief en passief transport verschijnen. Sommigen hebben geen energie nodig om te werken. De dragereiwitten die in actief transport worden gebruikt, hebben echter energie nodig om te functioneren. Met ATP kunnen ze van vorm veranderen. Een voorbeeld van een antiporter-dragereiwit is Na + -K + ATPase, dat kalium- en natriumionen in de cel kan verplaatsen.
Endocytose en exocytose

Endocytose
en exocytose
zijn ook voorbeelden van actief transport in de cel. Ze zorgen voor bulktransportbeweging in en uit cellen via blaasjes, zodat cellen grote moleculen kunnen overbrengen. Soms hebben cellen een groot eiwit of een andere stof nodig die niet door het plasmamembraan of transportkanalen past.

Voor deze macromoleculen zijn endocytose en exocytose de beste opties. Omdat ze actief transport gebruiken, hebben ze allebei energie nodig om te werken. Deze processen zijn belangrijk voor mensen omdat ze een rol spelen in zenuwfunctie en immuunsysteemfunctie.
Endocytose Overzicht

Tijdens endocytose verbruikt de cel een groot molecuul buiten zijn plasmamembraan. De cel gebruikt zijn membraan om het molecuul te omringen en op te eten door het om te vouwen. Dit creëert een blaasje, een zak omringd door een membraan, dat het molecuul bevat. Vervolgens komt het blaasje van het plasmamembraan en verplaatst het molecuul naar de binnenkant van de cel.

Naast het consumeren van grote moleculen, kan de cel andere cellen of delen daarvan opeten. De twee belangrijkste soorten endocytose zijn fagocytose
en pinocytose
. Fagocytose is hoe een cel een groot molecuul eet. Pinocytose is hoe een cel vloeistoffen drinkt, zoals extracellulaire vloeistof.

Sommige cellen gebruiken constant pinocytose om kleine voedingsstoffen uit hun omgeving op te nemen. Cellen kunnen de voedingsstoffen in kleine blaasjes vasthouden zodra ze erin zitten. Voorbeelden van fagocyten

fagocyten
zijn cellen die fagocytose gebruiken om dingen te consumeren. Enkele voorbeelden van fagocyten in het menselijk lichaam zijn witte bloedcellen, zoals neutrofielen
en monocyten
. Neutrofielen bestrijden binnendringende bacteriën door fagocytose en helpen voorkomen dat de bacteriën u kwetsen door de bacteriën te omringen, te consumeren en dus te vernietigen.

Monocyten zijn groter dan neutrofielen. Ze gebruiken echter ook fagocytose om bacteriën of dode cellen te consumeren.

Je longen hebben ook fagocyten die macrofagen worden genoemd
. Wanneer je stof inademt, bereikt een deel ervan je longen en gaat het in de luchtzakken die alveoli worden genoemd. Dan kunnen de macrofagen het stof aanvallen en het omringen. Ze slikken in wezen het stof door om je longen gezond te houden. Hoewel het menselijk lichaam een sterk afweersysteem heeft, werkt het soms niet goed.

Bijvoorbeeld, macrofagen die silicadeeltjes inslikken kunnen sterven en giftige stoffen afgeven. Dit kan littekenweefsel veroorzaken.

Amoeben zijn eencellig en zijn afhankelijk van fagocytose om te eten. Ze zoeken naar voedingsstoffen en omringen ze; vervolgens verzuipen ze het voedsel en vormen een voedselvacole. Vervolgens verbindt de voedselvacole een lysosoom in de amoeben om de voedingsstoffen af te breken. Het lysosoom heeft enzymen die het proces helpen.
Receptor-gemedieerde endocytose

Receptor-gemedieerde endocytose
laat de cellen specifieke soorten moleculen consumeren die ze nodig hebben. Receptorproteïnen
helpen dit proces door zich aan deze moleculen te binden zodat de cel een blaasje kan maken. Hierdoor kunnen de specifieke moleculen de cel binnendringen.

Gewoonlijk werkt door receptor gemedieerde endocytose in het voordeel van de cel en kan het belangrijke moleculen vangen die het nodig heeft. Virussen kunnen het proces echter misbruiken om de cel binnen te gaan en te infecteren. Nadat een virus zich aan een cel heeft gehecht, moet het een manier vinden om in de cel te komen. Virussen bereiken dit door zich te binden aan receptoreiwitten en in de blaasjes terecht te komen.
Exocytose Overzicht

Tijdens exocytose komen blaasjes in de cel samen met het plasmamembraan en geven hun inhoud vrij; de inhoud morst buiten de cel. Dit kan gebeuren wanneer een cel zich wil verplaatsen of een molecuul wil verwijderen. Eiwit is een veel voorkomende molecule die cellen op deze manier willen overbrengen. In wezen is exocytose het tegenovergestelde van endocytose.

Het proces begint met een blaasje dat versmelt met het plasmamembraan. Vervolgens opent het blaasje en laat de moleculen binnenin los. De inhoud komt in de extracellulaire ruimte zodat andere cellen ze kunnen gebruiken of vernietigen.

Cellen gebruiken exocytose voor veel processen, zoals het afscheiden van eiwitten of enzymen. Ze kunnen het ook gebruiken voor antilichamen of peptidehormonen. Sommige cellen gebruiken zelfs exocytose om neurotransmitters en plasmamembraaneiwitten te verplaatsen.
Voorbeelden van exocytose

Er zijn twee soorten exocytose: calciumafhankelijke exocytose
en calciumonafhankelijke exocytose
. Zoals je uit de naam kunt raden, heeft calcium invloed op calciumafhankelijke exocytose. Bij calciumonafhankelijke exocytose is calcium niet belangrijk.

Veel organismen gebruiken een organel genaamd het Golgi-complex
of Golgi-apparaat
om de blaasjes te maken die worden geëxporteerd van de cellen. Het Golgi-complex kan zowel eiwitten als lipiden wijzigen en verwerken. Het verpakt ze in secretoire blaasjes die het complex verlaten.
Gereguleerde exocytose

In gereguleerde
exocytose heeft de cel extracellulaire signalen nodig om materialen naar buiten te verplaatsen. Dit is meestal gereserveerd voor specifieke celtypen zoals secretoire cellen. Ze kunnen neurotransmitters of andere moleculen maken die het organisme op bepaalde tijden in bepaalde hoeveelheden nodig heeft.

Het organisme heeft deze stoffen mogelijk niet op een constante basis nodig, dus regulering van hun secretie is noodzakelijk. Over het algemeen blijven de uitscheidingsblaasjes niet lang aan het plasmamembraan plakken. Ze leveren de moleculen af en verwijderen zichzelf.

Een voorbeeld hiervan is een neuron dat neurotransmitters
afscheidt. Het proces begint met een neuroncel in uw lichaam en creëert een blaasje gevuld met neurotransmitters. Vervolgens reizen deze blaasjes naar het plasmamembraan van de cel en wachten.

Vervolgens ontvangen ze een signaal, waarbij calciumionen zijn betrokken, en de blaasjes gaan naar het pre-synaptische membraan. Een tweede signaal van calciumionen vertelt de blaasjes om zich aan het membraan te hechten en ermee te fuseren. Hierdoor kunnen de neurotransmitters worden vrijgegeven.

Actief transport is een belangrijk proces voor cellen. Zowel prokaryoten als eukaryoten kunnen het gebruiken om moleculen in en uit hun cellen te verplaatsen. Actief transport moet energie hebben, zoals ATP, om te werken, en soms is het de enige manier waarop een cel kan functioneren.

Cellen vertrouwen op actief transport omdat diffusie ze misschien niet krijgt wat ze willen. Actief transport kan moleculen tegen hun concentratiegradiënten verplaatsen, zodat cellen voedingsstoffen zoals suiker of eiwitten kunnen vangen. Eiwitdragers spelen een belangrijke rol tijdens deze processen.