Sammendrag av celleregulering

Celler er levende enheter og er derfor avhengig av energi og påfyll av ulike molekyler, samtidig som de må kvitte seg med avfallsstoffer. Cellemembranen er bygget slik at den kan kontrollere hvilke stoffer som kan passere inn i og ut av cella.

Membranen består av et dobbelt lag av fosfolipider som danner en hydrofil overflate og et hydrofobt midtsjikt. Den kan slippe gjennom gasser, fettløselige stoffer og små molekyler ved diffusjon, men ioner og andre vannløselige stoffer må fraktes på andre måter.

Proteiner i membranen finnes både som åpne kanaler for diffusjon og som spesialiserte proteiner for transport av bestemte molekyler eller ioner. Disse kan åpnes og lukkes ved behov, og noen krever bruk av energi.

Passiv transport betyr at transporten ikke krever energi. Det er partiklenes egenbevegelse som danner drivkraften for passiv transport.

Diffusjon er spredning av stoffer i gass og væske der bevegelsen går fra et sted med høy konsentrasjon av stoffet til et sted der konsentrasjonen er lavere. Vi sier at stoffet beveger seg med konsentrasjonsgradienten slik at det blir jevnt fordelt i det rommet som er tilgjengelig.

Passiv transport direkte gjennom cellemembranen (enkel diffusjon)

Fettløselige stoffer og små molekyler kan diffundere rett gjennom fosfolipidlaget i cellemembranen.

• gasser som oksygen (O₂) og karbondioksid (CO₂)

• fettløselige hormoner

• fettløselige vitaminer

• vannmolekyler (H₂O)

Passiv transport ved hjelp av proteiner som ikke krever energi (fasilitert diffusjon)

• Ionekanaler er membranproteiner som danner væskefylte kanaler gjennom fosfolipidlaget og tillater ioner å strømme gjennom. Ionekanalene kan være åpne, eller de kan åpnes og lukkes ved bestemte signaler. De er spesialiserte for å transportere bestemte ioner som K⁺, Cl^- og Na⁺.

• Bærerproteiner kan binde seg til vannløselige molekyler som aminosyrer, glukose og små proteiner, endre form og "bære" dem over membranen.

Osmose og osmolaritet

Diffusjon av vann gjennom en halvgjennomtrengelig membran kalles osmose. Vannmolekylene beveger seg fra et sted med høy konsentrasjon av vann til et sted der konsentrasjonen av vann er lavere.

Mengden oppløst stoff i vann angis som osmolariteten av stoffet. Jo høyere osmolaritet, jo lavere er konsentrasjonen av vann. Vannmolekylene vil bevege seg til den siden av membranen med høyest osmolaritet.

• Vannmolekylene er så små at de kan passere fosfolipidlaget ved osmose til tross for at de er polare, men dette går langsomt.

• Akvaporiner er transportproteiner for vann. Disse gir raskere transport, kan åpnes og lukkes ved bestemte signaler og er viktig for vannbalansen i cellene både hos planter, dyr og bakterier.

Transportmekanismer som krever bruk av energi i form ATP kalles aktiv transport. Den foregår ved hjelp av transportproteiner eller vesikkeltransport (endo- og eksocytose). Det er vannløselige stoffer, store molekyler og en del ioner som trenger aktiv transport fordi de ikke kan diffundere gjennom membranen.

Transportproteinet kan endre form når det får overført en fosfatgruppe fra ATP. Slik kan de binde seg til stoffer og flytte dem gjennom membranen, uavhengig av gradienter.

Ionepumper

Ionepumper er transportproteiner som opprettholder konsentrasjons- og ladningsforskjeller, slik at passiv transport av ioner kan foregå ved diffusjon.

Natrium–kalium-pumpa er en ionepumpe som transporterer to ulike ioner mot sin konsentrasjonsgradient. Den pumper tre natriumioner (Na⁺) ut og to kaliumioner (K⁺) inn for hvert ATP-molekyl som brytes ned. Den høye konsentrasjon av kalium inni og natrium utenfor cella er nødvendig for å sende nervesignaler.

Koblede transporter – kotransport

Koblede transporter er avhengig av den konsentrasjonsgradienten som ionepumper har skapt. Ionene som er i overskudd på den ene sida, har potensiell energi. De kan lett diffundere tilbake ved passiv transport og bli fanget opp av spesielle proteinpumper som utnytter energien deres til å transportere andre stoffer mot konsentrasjonsgradienten. ATP er kun indirekte involvert fra ionepumpene ettersom det er potensiell energi som utnyttes.

Et eksempel er natriumioner som kan diffundere ved passiv transport og ta med seg glukose i en sekundær aktiv transport.

Store molekyler eller partikler som hverken kan passere direkte gjennom cellemembranen eller bruke transportproteiner, blir fraktet inn og ut av cella i vesikler. Det kalles endocytose når dette skjer ved opptak, og eksocytose ved utskillelse. Vesikkeltransport foregår også mellom organeller inne i cella og krever energi i form av ATP.