Διαφορά μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης

Κύρια διαφορά – Ενεργητική έναντι παθητικής διάχυσης

Η μεμβράνη του κυττάρου χρησιμεύει ως ένα ημιπερατό φράγμα, ελέγχει την κίνηση των μορίων κατά μήκος του, προκειμένου να διατηρεί ένα σταθερό κυτταροπλασματικό περιβάλλον. Η διστοιβάδα φωσφολιπιδίων επιτρέπει σε ορισμένα μόρια να περάσουν ελεύθερα την κυτταρική μεμβράνη μέσω της βαθμίδας συγκέντρωσής της και σε ορισμένα άλλα μόρια να χρησιμοποιήσουν ειδικές δομές για να περάσουν τη μεμβράνη. Αυτές οι δομές είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες. Τα υπόλοιπα μόρια θα περνούσαν την κυτταρική μεμβράνη χρησιμοποιώντας την κυτταρική ενέργεια. Η ενεργητική και η παθητική διάχυση είναι δύο μέθοδοι που εμπλέκονται στη μεταφορά μορίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Η κύρια διαφορά μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης είναι ότι η ενεργητική διάχυση αντλεί μόρια έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας ATP ενέργεια ενώ η παθητική διάχυση επιτρέπει στα μόρια να περάσουν τη μεμβράνη μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης. Επομένως, η παθητική διάχυση δεν χρησιμοποιεί την κυτταρική ενέργεια για τη μεταφορά μορίων.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η Ενεργή Διάχυση
     – Ορισμός, Τύποι μορίων, Μηχανισμός Μεταφοράς
2. Τι είναι η Παθητική Διάχυση
     – Ορισμός, τύποι μορίων, μηχανισμός μεταφοράς
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:ATP, κυτταρική μεμβράνη, ηλεκτροχημική κλίση, διευκολυνόμενη διάχυση, όσμωση, πρωτογενής ενεργός διάχυση, δευτερογενής ενεργός διάχυση, απλή διάχυση

Τι είναι η Active Diffusion

Η ενεργή διάχυση αναφέρεται στη μετακίνηση μορίων ή ιόντων από μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης σε υψηλότερη συγκέντρωση με τη βοήθεια των πρωτεϊνών-φορέων στην κυτταρική μεμβράνη, χρησιμοποιώντας κυτταρική ενέργεια. Τα κύτταρα συσσωρεύουν γλυκόζη, αμινοξέα και ιόντα μέσω ενεργού διάχυσης. Η πρωτογενής ενεργός διάχυση και η δευτερογενής ενεργός διάχυση είναι οι δύο τύποι μηχανισμών ενεργού διάχυσης που χρησιμοποιούνται από τα κύτταρα.

Πρωτογενής ενεργή διάχυση

Η πρωτογενής ενεργός διάχυση αναφέρεται στη μεταφορά μορίων έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης με τη χρήση κυτταρικής ενέργειας με τη μορφή ATP. Ως εκ τούτου, η πρωταρχική ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί μόρια πρωτεΐνης φορέα που τροφοδοτούνται από ATP. Η κύρια ενεργή μεταφορά είναι πιο εμφανής στην αντλία νατρίου/καλίου (Na+/K+ ATPase), η οποία διατηρεί το δυναμικό ηρεμίας του κυττάρου. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την υδρόλυση του ATP χρησιμοποιείται για την άντληση τριών ιόντων νατρίου έξω από το κύτταρο και δύο ιόντων καλίου μέσα στο κύτταρο. Εδώ, τα ιόντα νατρίου μεταφέρονται από χαμηλότερη συγκέντρωση 10 mM σε υψηλότερη συγκέντρωση 145 mM. Τα ιόντα καλίου μεταφέρονται από συγκέντρωση 140 mM εντός του κυττάρου σε συγκέντρωση 5 mM του εξωκυτταρικού υγρού. Η δράση της αντλίας νατρίου/καλίου φαίνεται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:Αντλία νατρίου-καλίου

Η αντλία πρωτονίων/καλίου (H+/K+ ATPase) βρίσκεται στην επένδυση του στομάχου, διατηρώντας ένα όξινο περιβάλλον μέσα στο στομάχι. Η ομεπραζόλη είναι ένας αναστολέας της αντλίας πρωτονίων/καλίου, που μειώνει την παλινδρόμηση οξέος μέσα στο στομάχι. Τόσο η οξειδωτική φωσφορυλίωση όσο και η φωτοφωσφορυλίωση της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων χρησιμοποιούν την κύρια ενεργή μεταφορά για να δημιουργήσουν επίσης αναγωγική ισχύ.

Δευτερεύουσα ενεργή διάχυση

Η δευτερογενής ενεργός διάχυση αναφέρεται στη μεταφορά μορίων έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης από την ενέργεια που απελευθερώνεται από μια ηλεκτροχημική κλίση. Εδώ, οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες παράγονται από πρωτεΐνες καναλιού (πρωτεΐνες που σχηματίζουν πόρους). Με τη δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά παρατηρείται ταυτόχρονη κίνηση μιας άλλης ουσίας έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης. Ως εκ τούτου, οι πρωτεΐνες των καναλιών που εμπλέκονται στη δευτερογενή ενεργή διάχυση μπορούν να αναγνωριστούν ως συμμεταφορείς. Οι δύο τύποι συν-μεταφορέων είναι οι αντιμεταφορείς και οι συμμεταφορείς. Η δράση των συμμεταφορέων φαίνεται στο σχήμα 2 .

Εικόνα 2:Συμμεταφορείς

Συγκεκριμένα ιόντα και η διαλυμένη ουσία μεταφέρονται προς τις αντίθετες κατευθύνσεις από αντιμεταφορείς. Ο εναλλάκτης νατρίου/ασβεστίου, ο οποίος επιτρέπει την αποκατάσταση της συγκέντρωσης ιόντων ασβεστίου στα καρδιομυοκύτταρα μετά το δυναμικό δράσης, είναι το πιο κοινό παράδειγμα αντιμεταφορέων. Τα ιόντα μεταφέρονται μέσω της βαθμίδας συγκέντρωσης, ενώ η διαλυμένη ουσία μεταφέρεται έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης από τους συμφορητές. Εδώ, και τα δύο μόρια μεταφέρονται προς την ίδια κατεύθυνση κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης. Το SGLT2 είναι ένας συμφορέας που μεταφέρει τη γλυκόζη στο κύτταρο μαζί με τα ιόντα νατρίου.

Τι είναι η Παθητική Διάχυση

Η παθητική διάχυση αναφέρεται στην κίνηση ιόντων ή μορίων κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης χωρίς να χρησιμοποιείται η κυτταρική ενέργεια. Επομένως, η παθητική διάχυση χρησιμοποιεί τη φυσική εντροπία των μορίων για να περάσει μέσα από την κυτταρική μεμβράνη. Η κίνηση των μορίων συμβαίνει έως ότου η συγκέντρωσή τους γίνει ίση και στις δύο πλευρές. Οι τέσσερις κύριοι τύποι παθητικής διάχυσης είναι η όσμωση, η απλή διάχυση, η διευκολυνόμενη διάχυση και η διήθηση.

Απλή διάχυση

Η απλή κίνηση των μορίων σε μια διαπερατή μεμβράνη ονομάζεται απλή διάχυση. Τα μικρά, μη πολικά μόρια χρησιμοποιούν απλή διάχυση. Η απόσταση διάχυσης πρέπει να είναι μικρότερη για να διατηρείται καλύτερη ροή. Η απλή διάχυση φαίνεται στην εικόνα 3 .

Εικόνα 3:Απλή διάχυση

Διευκολυνόμενη διάχυση

Πολικά μόρια και μεγάλα μόρια περνούν μέσα από την κυτταρική μεμβράνη με διευκολυνόμενη διάχυση. Οι τρεις τύποι πρωτεϊνών μεταφοράς που εμπλέκονται στη διευκολυνόμενη διάχυση είναι οι πρωτεΐνες καναλιού, οι ακουαπορίνες και οι πρωτεΐνες φορέα. Οι πρωτεΐνες καναλιού δημιουργούν υδρόφοβες σήραγγες κατά μήκος της μεμβράνης, επιτρέποντας στα επιλεγμένα υδρόφοβα μόρια να περάσουν μέσα από τη μεμβράνη. Ορισμένες πρωτεΐνες διαύλων ανοίγουν ανά πάσα στιγμή, και μερικές είναι περιφραγμένες όπως οι πρωτεΐνες διαύλων ιόντων. Οι ακουαπορίνες επιτρέπουν στο νερό να διασχίσει γρήγορα τη μεμβράνη. Οι πρωτεΐνες φορείς αλλάζουν το σχήμα τους, μεταφέροντας μόρια-στόχους σε όλη τη μεμβράνη. Η διευκολυνόμενη διάχυση φαίνεται στην εικόνα 4.

Εικόνα 4:Διευκολυνόμενη διάχυση

Διήθηση

Διήθηση είναι η κίνηση των διαλυμένων ουσιών μαζί με το νερό λόγω της υδροστατικής πίεσης που δημιουργείται από το καρδιαγγειακό σύστημα. Εμφανίζεται στην κάψουλα του Bowman στο νεφρό. Το φιλτράρισμα φαίνεται στην εικόνα 5.

Εικόνα 5:Φιλτράρισμα

Όσμωση

Όσμωση είναι η κίνηση του νερού σε μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη. Εμφανίζεται από υψηλό δυναμικό νερού σε χαμηλό δυναμικό νερού. Η επίδραση της οσμωτικής πίεσης στα ερυθρά αιμοσφαίρια φαίνεται στο εικόνα 6 . Τα ερυθρά αιμοσφαίρια σε ένα υπερτονικό διάλυμα μπορεί να χάσουν νερό από τα κύτταρα. Τα υπερτονικά διαλύματα περιέχουν μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών από το κυτταρόπλασμα των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Τα ισοτονικά διαλύματα περιέχουν παρόμοια συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών όπως στο κυτταρόπλασμα. Άρα, η καθαρή κίνηση του νερού μέσα και έξω από το κελί είναι μηδέν. Τα υποτονικά διαλύματα περιέχουν χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας από το κυτταρόπλασμα. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια λαμβάνουν νερό από υποτονικά διαλύματα.

Εικόνα 6:Οσμωτική πίεση στα ερυθρά αιμοσφαίρια

Τα λιποδιαλυτά μόρια περνούν παθητικά μέσω της διπλής στοιβάδας των φωσφολιπιδίων. Τα υδατοδιαλυτά μόρια διέρχονται από την κυτταρική μεμβράνη μέσω διαμεμβρανικών πρωτεϊνών.

Ομοιότητες μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης

• Τόσο η ενεργητική όσο και η παθητική διάχυση εμπλέκονται στη μεταφορά μορίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.
• Τόσο η ενεργητική όσο και η παθητική διάχυση χρησιμοποιούν διαμεμβρανικές πρωτεΐνες για τη μεταφορά μορίων.

Διαφορά μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης

Ορισμός

Ενεργή διάχυση: Η ενεργή διάχυση είναι η μετακίνηση μορίων ή ιόντων από μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης σε μια υψηλότερη συγκέντρωση με τη βοήθεια των πρωτεϊνών-φορέων στην κυτταρική μεμβράνη, χρησιμοποιώντας την κυτταρική ενέργεια.

Παθητική διάχυση: Η παθητική διάχυση είναι η κίνηση ιόντων ή μορίων κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης χωρίς να χρησιμοποιείται η κυτταρική ενέργεια.

Χρήση ενέργειας κινητής τηλεφωνίας

Ενεργή διάχυση: Η ενεργή διάχυση χρησιμοποιεί την κυτταρική ενέργεια για τη μεταφορά μορίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.

Παθητική διάχυση: Η παθητική διάχυση δεν χρησιμοποιεί κυτταρική ενέργεια.

Τύπος μεταφοράς

Ενεργή διάχυση: Η πρωτογενής ενεργός διάχυση και η δευτερεύουσα ενεργή διάχυση είναι οι δύο τύποι ενεργού διάχυσης.

Παθητική διάχυση: Η απλή διάχυση, η διευκολυνόμενη διάχυση, η διήθηση και η όσμωση είναι οι τέσσερις τύποι παθητικής διάχυσης.

Μόρια μεταφοράς

Ενεργή διάχυση: Ιόντα, μεγάλες πρωτεΐνες, σύνθετα σάκχαρα καθώς και κύτταρα μεταφέρονται με ενεργό διάχυση.

Παθητική διάχυση: Υδατοδιαλυτά μόρια όπως μικροί μονοσακχαρίτες, λιπίδια, ορμόνες φύλου, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο και νερό μεταφέρονται με παθητική διάχυση.

Ρόλος

Ενεργή διάχυση: Η ενεργή διάχυση επιτρέπει στα μόρια να περάσουν την κυτταρική μεμβράνη, διαταράσσοντας την ισορροπία που δημιουργείται από τη διάχυση.

Παθητική διάχυση: Μια δυναμική ισορροπία νερού, θρεπτικών ουσιών, αερίων και αποβλήτων διατηρείται με παθητική διάχυση μεταξύ του κυτοσόλης και του εξωκυτταρικού περιβάλλοντος.

Σημασία

Ενεργή διάχυση: Απαιτείται ενεργή μεταφορά για την είσοδο μεγάλων, αδιάλυτων μορίων στο κύτταρο.

Παθητική διάχυση: Η παθητική διάχυση επιτρέπει τη διατήρηση μιας λεπτής ομοιόστασης μεταξύ του κυτοσώματος και του εξωκυττάριου υγρού.

Συμπέρασμα

Η ενεργή διάχυση και η παθητική διάχυση είναι οι δύο τύποι μηχανισμών μεταφοράς μεμβράνης που χρησιμοποιούνται από τα κύτταρα. Και οι δύο διαδικασίες συμβαίνουν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Η κυτταρική μεμβράνη χρησιμεύει ως επιλεκτικά διαπερατός φραγμός, επιτρέποντας μόνο σε μικρά, αφόρτιστα μόρια να περάσουν ελεύθερα μέσα από την κυτταρική μεμβράνη. Μεγάλα μόρια, καθώς και φορτισμένα ιόντα, περνούν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης μέσω ενεργού διάχυσης. Μικρά, αφόρτιστα μόρια διέρχονται από την παθητική διάχυση. Εφόσον η ενεργός διάχυση λαμβάνει χώρα ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης, χρησιμοποιεί κυτταρική ενέργεια με τη μορφή ATP ή ηλεκτροχημικής βαθμίδας. Όμως, η παθητική διάχυση συμβαίνει μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης και δεν απαιτεί κυτταρική ενέργεια για τη μεταφορά των μορίων. Η κύρια διαφορά μεταξύ ενεργητικής και παθητικής διάχυσης είναι ο τύπος των μορίων που διέρχονται και η χρήση της κυτταρικής ενέργειας από κάθε διεργασία.

Αναφορά:

1. Helmenstine, Anne Marie. "Σύγκριση και αντίθεση Ενεργητικής και Παθητικής Μεταφοράς." ThoughtCo , Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. «Blausen 0818 Sodium-PotassiumPump» Από το προσωπικό του Blausen.com (2014). «Ιατρική γκαλερί Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. – Δική σας εργασία (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia
2. "Cotransporters" Από χρήστη Wikimedia:Lupask – Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia    3. «Σχέδιο απλής διάχυσης στην κυτταρική μεμβράνη-en» Της LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal – Δική δουλειά (Δημόσιος Τομέας) μέσω Wikimedia
/>4. “Blausen 0394 Facilitated Diffusion” Από το προσωπικό του Blausen.com (2014). «Ιατρική γκαλερί Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. – Δική σας εργασία (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia
5. «Διάγραμμα φιλτραρίσματος» Από τη LadyofHats Mariana Ruiz (Δημόσιος Τομέας) μέσω του Commons Wikimedia
6. «Διάγραμμα ωσμωτικής πίεσης στα αιμοσφαίρια» Από LadyofHats (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia