Il trasporto attivo richiede energia per funzionare ed è il modo in cui una cellula muove le molecole. Il trasporto di materiali dentro e fuori le cellule è essenziale per la funzione generale.

Il trasporto attivo e il trasporto passivo sono i due modi principali in cui le cellule muovono le sostanze. A differenza del trasporto attivo, il trasporto passivo non richiede energia. Il modo più semplice ed economico è il trasporto passivo; tuttavia, la maggior parte delle celle deve fare affidamento sul trasporto attivo per rimanere in vita.
Perché utilizzare il trasporto attivo?

Le celle spesso devono utilizzare il trasporto attivo perché non c'è altra scelta. A volte, la diffusione non funziona per le cellule. Il trasporto attivo utilizza energia come adenosina trifosfato
(ATP) per spostare le molecole contro i loro gradienti di concentrazione. Di solito, il processo prevede un vettore proteico che aiuta il trasferimento spostando le molecole all'interno della cellula.

Ad esempio, una cellula potrebbe voler spostare all'interno le molecole di zucchero, ma il gradiente di concentrazione potrebbe non consentire il trasporto passivo. Se c'è una minore concentrazione di zucchero all'interno della cellula e una maggiore concentrazione all'esterno della cellula, il trasporto attivo può spostare le molecole contro il gradiente.

Le cellule usano una grande porzione dell'energia che creano per il trasporto attivo. Infatti, in alcuni organismi, la maggior parte dell'ATP generato va verso il trasporto attivo e il mantenimento di determinati livelli di molecole all'interno delle cellule.
Gradienti elettrochimici

I gradienti elettrochimici hanno cariche e concentrazioni chimiche diverse. Esistono attraverso una membrana perché alcuni atomi e molecole hanno cariche elettriche. Ciò significa che esiste una differenza di potenziale elettrico
o potenziale di membrana
.

A volte, la cellula ha bisogno di introdurre più composti e muoversi contro il gradiente elettrochimico. Ciò richiede energia ma ripaga in una migliore funzione cellulare complessiva. È necessario per alcuni processi, come il mantenimento di gradienti di sodio e potassio nelle cellule. Le cellule di solito hanno meno sodio e più potassio all'interno, quindi il sodio tende ad entrare nella cellula mentre le foglie di potassio.

Il trasporto attivo consente alle cellule di spostarle contro i loro normali gradienti di concentrazione.
Trasporto attivo primario

Il trasporto attivo primario utilizza l'ATP come fonte di energia per il movimento. Sposta gli ioni attraverso la membrana plasmatica, creando una differenza di carica. Spesso, una molecola entra nella cellula mentre un altro tipo di molecola lascia la cellula. Questo crea differenze di concentrazione e di carica attraverso la membrana cellulare.

La pompa sodio-potassio
è una parte cruciale di molte cellule. La pompa sposta il sodio fuori dalla cella mentre sposta il potassio all'interno. L'idrolisi dell'ATP fornisce alla cellula l'energia di cui ha bisogno durante il processo. La pompa sodio-potassio è una pompa di tipo P che sposta all'esterno tre ioni di sodio e porta all'interno due ioni di potassio.

La pompa sodio-potassio lega l'ATP e i tre ioni sodio. Quindi, la fosforilazione avviene alla pompa in modo che cambi forma. Ciò consente al sodio di lasciare la cellula e di raccogliere gli ioni di potassio. Successivamente, la fosforilazione si inverte, il che cambia nuovamente la forma della pompa, quindi il potassio entra nella cellula. Questa pompa è importante per la funzione nervosa complessiva e avvantaggia l'organismo.
Tipi di trasportatori attivi primari

Esistono diversi tipi di trasportatori attivi primari. L'ATPasi di tipo P, come la pompa sodio-potassio, esiste negli eucarioti, nei batteri e negli archei.

È possibile vedere l'ATPasi di tipo P nelle pompe ioniche come pompe protoniche, sodio-potassio pompe e pompe di calcio. L'ATPasi di tipo F esiste nei mitocondri, nei cloroplasti e nei batteri. Il tipo ATPase di tipo V esiste negli eucarioti e il trasportatore ABC
(ABC significa "cassetta di legame ATP") esiste sia nei procarioti che negli eucarioti.
Trasporto attivo secondario

Il trasporto attivo secondario utilizza gradienti elettrochimici per trasportare sostanze con l'aiuto di un trasportatore
. Permette alle sostanze trasportate di aumentare i loro gradienti grazie al trasportatore, mentre il substrato principale si sposta verso il basso il gradiente.

In sostanza, il trasporto attivo secondario utilizza l'energia dei gradienti elettrochimici che il trasporto attivo primario crea. Ciò consente alla cellula di ottenere altre molecole, come il glucosio, all'interno. Il trasporto attivo secondario è importante per la funzione cellulare complessiva.

Tuttavia, il trasporto attivo secondario può anche produrre energia come l'ATP attraverso il gradiente di ioni idrogeno nei mitocondri. Ad esempio, l'energia che si accumula negli ioni idrogeno può essere utilizzata quando gli ioni passano attraverso la proteina ATP sintasi del canale. Ciò consente alla cellula di convertire l'ADP in ATP.
Carrier Proteins

Le proteine o le pompe Carrier sono una parte cruciale del trasporto attivo. Aiutano a trasportare materiali nella cellula.

Esistono tre tipi principali di proteine portatrici: uniporter
, symporter
e antiporter
.

Gli uniporter trasportano solo un tipo di ione o molecola, ma i simporter possono trasportare due ioni o molecole nella stessa direzione. Gli antiporter possono trasportare due ioni o molecole in direzioni diverse.

È importante notare che le proteine trasportatrici compaiono nel trasporto attivo e passivo. Alcuni non hanno bisogno di energia per funzionare. Tuttavia, le proteine portatrici utilizzate nel trasporto attivo necessitano di energia per funzionare. L'ATP consente loro di modificare la forma. Un esempio di proteina portatrice di antiportatore è Na + -K + ATPase, che può spostare gli ioni potassio e sodio nella cellula.
Endocitosi ed esocitosi

Endocitosi
ed esocitosi
sono anche esempi di trasporto attivo nella cella. Consentono il trasporto di grandi quantità all'interno e all'esterno delle cellule attraverso le vescicole, così le cellule possono trasferire grandi molecole. A volte le cellule hanno bisogno di una grande proteina o di un'altra sostanza che non si adatta alla membrana plasmatica o ai canali di trasporto.

Per queste macromolecole, l'endocitosi e l'esocitosi sono le opzioni migliori. Poiché utilizzano il trasporto attivo, entrambi hanno bisogno di energia per funzionare. Questi processi sono importanti per l'uomo perché hanno ruoli nella funzione nervosa e nel sistema immunitario.
Panoramica sull'endocitosi

Durante l'endocitosi, la cellula consuma una grande molecola al di fuori della membrana plasmatica. La cellula usa la sua membrana per circondare e mangiare la molecola piegandola su di essa. Questo crea una vescicola, che è una sacca circondata da una membrana, che contiene la molecola. Quindi, la vescicola fuoriesce dalla membrana plasmatica e sposta la molecola all'interno della cellula.

Oltre a consumare molecole grandi, la cellula può mangiare altre cellule o parti di esse. I due principali tipi di endocitosi sono fagocitosi
e pinocitosi
. La fagocitosi è il modo in cui una cellula mangia una grande molecola. La pinocitosi è il modo in cui una cellula beve liquidi come il fluido extracellulare.

Alcune cellule usano costantemente la pinocitosi per raccogliere piccoli nutrienti dall'ambiente circostante. Le cellule possono contenere i nutrienti nelle piccole vescicole una volta che sono all'interno.
Esempi di fagociti

I fagociti
sono cellule che usano la fagocitosi per consumare le cose. Alcuni esempi di fagociti nel corpo umano sono i globuli bianchi, come neutrofili
e monociti
. I neutrofili combattono i batteri invasori attraverso la fagocitosi e aiutano a prevenire che i batteri ti facciano del male circondandoli, consumandoli e quindi distruggendoli.

I monociti sono più grandi dei neutrofili. Tuttavia, usano anche la fagocitosi per consumare batteri o cellule morte.

I tuoi polmoni hanno anche fagociti chiamati macrofagi
. Quando inali la polvere, una parte di essa raggiunge i polmoni e entra nelle sacche d'aria chiamate alveoli. Quindi, i macrofagi possono attaccare la polvere e circondarla. In sostanza inghiottono la polvere per mantenere sani i polmoni. Sebbene il corpo umano abbia un forte sistema di difesa, a volte non funziona bene.

Ad esempio, i macrofagi che inghiottono particelle di silice possono morire ed emettere sostanze tossiche. Ciò può causare la formazione di tessuto cicatriziale.

Le amebe sono monocellulari e si basano sulla fagocitosi per mangiare. Cercano i nutrienti e li circondano; poi, inghiottono il cibo e formano un vacuolo alimentare. Successivamente, il vacuolo alimentare si unisce a un lisosoma all'interno delle amebe per abbattere i nutrienti. Il lisosoma ha enzimi che aiutano il processo.
Endocitosi mediata dai recettori

Endocitosi mediata dai recettori
consente alle cellule di consumare specifici tipi di molecole di cui hanno bisogno. Le proteine del recettore
aiutano questo processo legandosi a queste molecole in modo che la cellula possa produrre una vescicola. Ciò consente alle molecole specifiche di entrare nella cellula.

Di solito, l'endocitosi mediata dal recettore agisce a favore della cellula e le consente di catturare molecole importanti di cui ha bisogno. Tuttavia, i virus possono sfruttare il processo per entrare nella cellula e infettarla. Dopo che un virus si collega a una cellula, deve trovare un modo per entrare nella cellula. I virus ottengono questo risultato legandosi alle proteine del recettore ed entrando nelle vescicole.
Panoramica sull'esocitosi

Durante l'esocitosi, le vescicole all'interno della cellula si uniscono alla membrana plasmatica e rilasciano il loro contenuto; il contenuto fuoriesce fuori dalla cella. Questo può accadere quando una cellula vuole muoversi o liberarsi di una molecola. Le proteine sono una molecola comune che le cellule vogliono trasferire in questo modo. Essenzialmente, l'esocitosi è l'opposto dell'endocitosi.

Il processo inizia con una vescicola che si fonde con la membrana plasmatica. Successivamente, la vescicola si apre e rilascia le molecole all'interno. Il suo contenuto entra nello spazio extracellulare in modo che altre cellule possano usarli o distruggerli.

Le cellule usano l'esocitosi per molti processi, come la secrezione di proteine o enzimi. Possono anche usarlo per anticorpi o ormoni peptidici. Alcune cellule usano persino l'esocitosi per spostare i neurotrasmettitori e le proteine della membrana plasmatica.
Esempi di esocitosi

Esistono due tipi di esocitosi: esocitosi calcio-dipendente
e esocitosi indipendente dal calcio
. Come puoi immaginare dal nome, il calcio influenza l'esocitosi calcio-dipendente. Nell'esocitosi indipendente dal calcio, il calcio non è importante.

Molti organismi usano un organello chiamato complesso del Golgi
o apparato del Golgi
per creare le vescicole che verranno esportate delle cellule. Il complesso Golgi può modificare ed elaborare sia proteine che lipidi. Le impacchetta in vescicole secretorie che escono dal complesso.
Esocitosi regolata

Nell'esocitosi regolamentata, la cellula ha bisogno di segnali extracellulari
per spostare i materiali. Questo di solito è riservato a specifici tipi di cellule come le cellule secretorie. Possono produrre neurotrasmettitori o altre molecole di cui l'organismo ha bisogno in determinati momenti in determinate quantità.

L'organismo potrebbe non aver bisogno di queste sostanze su base costante, quindi è necessario regolare la loro secrezione. In generale, le vescicole secretorie non si attaccano a lungo alla membrana plasmatica. Forniscono le molecole e si rimuovono.

Un esempio di questo è un neurone che secerne neurotrasmettitori
. Il processo inizia con una cellula neuronale nel tuo corpo che crea una vescicola piena di neurotrasmettitori. Quindi, queste vescicole viaggiano verso la membrana plasmatica della cellula e attendono.

Successivamente, ricevono un segnale che coinvolge ioni calcio e le vescicole vanno alla membrana pre-sinaptica. Un secondo segnale di ioni calcio dice alle vescicole di attaccarsi alla membrana e fondersi con essa. Ciò consente il rilascio dei neurotrasmettitori.

Il trasporto attivo è un processo importante per le cellule. Sia i procarioti che gli eucarioti possono usarlo per spostare le molecole dentro e fuori le loro cellule. Il trasporto attivo deve avere energia, come l'ATP, per funzionare, e talvolta è l'unico modo in cui una cellula può funzionare.

Le celle si basano sul trasporto attivo perché la diffusione potrebbe non ottenere ciò che vogliono. Il trasporto attivo può spostare le molecole contro i loro gradienti di concentrazione, quindi le cellule possono catturare sostanze nutritive come zucchero o proteine. I portatori di proteine svolgono un ruolo importante durante questi processi.