Unterschied zwischen aktiver und passiver Diffusion

Hauptunterschied - aktive vs. passive Diffusion

Die Membran der Zelle dient als semipermeable Barriere, die die Bewegung von Molekülen steuert, um eine konstante zytosolische Umgebung aufrechtzuerhalten. Die Phospholipid-Doppelschicht ermöglicht es einigen Molekülen, die Zellmembran durch ihren Konzentrationsgradienten frei zu passieren, und einige andere Moleküle verwenden spezielle Strukturen, um die Membran zu passieren. Diese Strukturen sind Transmembranproteine. Der Rest der Moleküle würde die Zellmembran passieren, indem er zelluläre Energie nutzte. Aktive und passive Diffusion sind zwei Methoden, die am Transport von Molekülen durch die Zellmembran beteiligt sind. Das Hauptunterschied zwischen aktiver und passiver Diffusion ist das aktive Diffusionspumpe pumpt Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten mit ATP Energie wohingegen Durch passive Diffusion können die Moleküle die Membran durch einen Konzentrationsgradienten passieren. Daher nutzt die passive Diffusion keine zelluläre Energie für den Transport von Molekülen.

Wichtige Bereiche

1. Was ist aktive Diffusion?
     - Definition, Arten von Molekülen, Transportmechanismus
2. Was ist passive Diffusion?
     - Definition, Arten von Molekülen, Transportmechanismus
3. Was sind die Gemeinsamkeiten zwischen aktiver und passiver Diffusion
     - Überblick über allgemeine Funktionen
4. Was ist der Unterschied zwischen aktiver und passiver Diffusion?
     - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: ATP, Zellmembran, elektrochemischer Gradient, erleichterte Diffusion, Osmose, primäre aktive Diffusion, sekundäre aktive Diffusion, einfache Diffusion

Was ist aktive Diffusion?

Aktive Diffusion bezieht sich auf die Bewegung von Molekülen oder Ionen von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einer höheren Konzentration mit Hilfe von Trägerproteinen in der Zellmembran, wobei zelluläre Energie genutzt wird. Zellen akkumulieren mittels aktiver Diffusion Glukose, Aminosäuren und Ionen. Primäre aktive Diffusion und sekundäre aktive Diffusion sind die zwei Arten von aktiven Diffusionsmechanismen, die von Zellen verwendet werden.

Primäre aktive Diffusion

Unter primärer aktiver Diffusion versteht man den Transport von Molekülen gegen den Konzentrationsgradienten durch Nutzung zellulärer Energie in Form von ATP. Daher nutzt der primäre aktive Transport Trägerproteinmoleküle, die mit ATP versorgt werden. Der primäre aktive Transport ist am offensichtlichsten in der Natrium / Kalium-Pumpe (Na + / K + ATPase), die das Ruhepotential der Zelle aufrechterhält. Die durch die Hydrolyse von ATP freigesetzte Energie wird dazu verwendet, drei Natriumionen aus der Zelle und zwei Kaliumionen in die Zelle zu pumpen. Hier werden Natriumionen von einer niedrigeren Konzentration von 10 mM zu einer höheren Konzentration von 145 mM transportiert. Kaliumionen werden von einer Konzentration von 140 mM innerhalb der Zelle zu einer Konzentration von 5 mM der extrazellulären Flüssigkeit transportiert. Die Wirkung der Natrium- / Kaliumpumpe ist in dargestellt Abbildung 1.

Abbildung 1: Natrium-Kalium-Pumpe

Die Proton / Kalium-Pumpe (H + / K + ATPase) befindet sich in der Magenschleimhaut und sorgt für eine saure Umgebung im Magen. Omeprazol ist ein Protonen- / Kaliumpumpenhemmer, der den sauren Rückfluss im Magen reduziert. Sowohl die oxidative Phosphorylierung als auch die Photophosphorylierung der Elektronentransportkette verwenden den primären aktiven Transport, um ebenfalls eine Reduktionskraft zu erzeugen.

Sekundäre aktive Diffusion

Sekundäre aktive Diffusion bezieht sich auf den Transport von Molekülen gegen den Konzentrationsgradienten durch die Energie, die von einem elektrochemischen Gradienten freigesetzt wird. Hier werden die Transmembranproteine ​​durch Kanalproteine ​​(porenbildende Proteine) gebildet. Beim sekundären aktiven Transport wird eine gleichzeitige Bewegung eines anderen Stoffes gegen den Konzentrationsgradienten beobachtet. Daher können die an der sekundären aktiven Diffusion beteiligten Kanalproteine ​​als Cotransporter identifiziert werden. Die zwei Arten von Cotransportern sind Antiporter und Symporter. Die Wirkung der Cotransporter ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Cotransporter

Bestimmte Ionen und der gelöste Stoff werden durch Antiporter in entgegengesetzte Richtungen transportiert. Das häufigste Beispiel für Antiporter ist der Natrium / Calcium-Austauscher, der die Wiederherstellung der Calciumionenkonzentration in den Kardiomyozyten nach dem Aktionspotential ermöglicht. Ionen werden durch den Konzentrationsgradienten transportiert, während der gelöste Stoff von Symportern gegen den Konzentrationsgradienten transportiert wird. Hier werden beide Moleküle in die gleiche Richtung durch die Zellmembran transportiert. SGLT2 ist ein Symporter, der Glukose zusammen mit den Natriumionen in die Zelle transportiert.

Was ist passive Diffusion?

Passivdiffusion bezieht sich auf die Bewegung von Ionen oder Molekülen durch die Zellmembran durch einen Konzentrationsgradienten, ohne die Zellenergie zu nutzen. Passive Diffusion nutzt daher die natürliche Entropie der Moleküle, um durch die Zellmembran zu gelangen. Moleküle bewegen sich so lange, bis ihre Konzentration auf beiden Seiten gleich ist. Die vier Hauptarten der passiven Diffusion sind Osmose, einfache Diffusion, erleichterte Diffusion und Filtration.

Einfache Diffusion

Die einfache Bewegung von Molekülen über eine permeable Membran wird als einfache Diffusion bezeichnet. Kleine, unpolare Moleküle verwenden eine einfache Diffusion. Der Diffusionsabstand sollte geringer sein, um einen besseren Fluss aufrechtzuerhalten. Einfache Diffusion ist in gezeigt Figur 3.

Abbildung 3: Einfache Diffusion

Erleichterte Diffusion

Polare Moleküle und große Moleküle passieren die Zellmembran durch erleichterte Diffusion. Die drei Arten von Transportproteinen, die an der erleichterten Diffusion beteiligt sind, sind Kanalproteine, Aquaporine und Trägerproteine. Kanalproteine ​​bilden hydrophobe Tunnel durch die Membran, so dass die ausgewählten hydrophoben Moleküle die Membran passieren können. Einige Kanalproteine ​​sind zu jeder Zeit geöffnet, und andere werden wie Ionenkanalproteine ​​angesteuert. Aquaporine lassen Wasser die Membran schnell passieren. Trägerproteine ​​verändern ihre Form und transportieren Zielmoleküle durch die Membran. Erleichterte Diffusion ist in gezeigt Figur 4.

Abbildung 4: Erleichterte Diffusion

Filtration

Filtration ist die Bewegung von gelösten Stoffen zusammen mit Wasser aufgrund des durch das Herz-Kreislauf-System erzeugten hydrostatischen Drucks. Es kommt in Bowmans Kapsel in der Niere vor. Filtration wird in gezeigt Abbildung 5.

Abbildung 5: Filtration

Osmose

Osmose ist die Bewegung von Wasser über eine selektiv durchlässige Membran. Es kommt von einem hohen Wasserpotential zu einem niedrigen Wasserpotential. Die Wirkung des osmotischen Drucks auf rote Blutkörperchen ist in gezeigt Abbildung 6. Rote Blutkörperchen in einer hypertonischen Lösung können Wasser aus den Zellen verlieren. Hypertonische Lösungen enthalten eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen als das Zytoplasma roter Blutkörperchen. Isotonische Lösungen enthalten eine ähnliche Konzentration an gelösten Stoffen wie im Zytoplasma. Daher ist die Nettobewegung von Wasser in die Zelle hinein und aus dieser heraus null. Hypotonische Lösungen enthalten geringere Konzentrationen an gelösten Stoffen als das Zytoplasma. Rote Blutkörperchen erhalten Wasser aus hypotonischen Lösungen.

Abbildung 6: Osmotischer Druck auf rote Blutkörperchen

Die lipidlöslichen Moleküle passieren passiv die Phospholipid-Doppelschicht. Wasserlösliche Moleküle passieren die Zellmembran mittels Transmembranproteinen.

Ähnlichkeiten zwischen aktiver und passiver Diffusion

• Sowohl aktive als auch passive Diffusion sind am Transport von Molekülen durch die Zellmembran beteiligt.
• Sowohl aktive als auch passive Diffusion verwenden Transmembranproteine, um Moleküle zu transportieren.

Unterschied zwischen aktiver und passiver Diffusion

Definition

Aktive Diffusion: Aktive Diffusion ist die Bewegung von Molekülen oder Ionen von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einer höheren Konzentration mit Hilfe von Trägerproteinen in der Zellmembran, wobei zelluläre Energie genutzt wird.

Passive Diffusion: Passivdiffusion ist die Bewegung von Ionen oder Molekülen durch die Zellmembran durch einen Konzentrationsgradienten, ohne die zelluläre Energie zu nutzen.

Zelluläre Energienutzung

Aktive Diffusion: Aktive Diffusion nutzt zelluläre Energie, um Moleküle durch die Zellmembran zu transportieren.

Passive Diffusion: Die passive Diffusion nutzt keine zellulare Energie.

Art des Transports

Aktive Diffusion: Primäre aktive Diffusion und sekundäre aktive Diffusion sind die zwei Arten von aktiver Diffusion.

Passive Diffusion: Einfache Diffusion, erleichterte Diffusion, Filtration und Osmose sind die vier Arten von passiver Diffusion.

Transport von Molekülen

Aktive Diffusion: Ionen, große Proteine, komplexe Zucker sowie Zellen werden durch aktive Diffusion transportiert.

Passive Diffusion: Wasserlösliche Moleküle wie kleine Monosaccharide, Lipide, Sexualhormone, Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasser werden durch passive Diffusion transportiert.

Rolle

Aktive Diffusion: Durch aktive Diffusion können Moleküle die Zellmembran passieren, wodurch das durch die Diffusion hergestellte Gleichgewicht unterbrochen wird.

Passive Diffusion: Ein dynamisches Gleichgewicht von Wasser, Nährstoffen, Gasen und Abfällen wird durch passive Diffusion zwischen Cytosol und extrazellulärer Umgebung aufrechterhalten.

Bedeutung

Aktive Diffusion: Ein aktiver Transport ist für den Eintritt großer, unlöslicher Moleküle in die Zelle erforderlich.

Passive Diffusion: Passive Diffusion ermöglicht die Aufrechterhaltung einer empfindlichen Homöostase zwischen dem Cytosol und der extrazellulären Flüssigkeit.

Fazit

Aktive Diffusion und passive Diffusion sind die zwei Arten von Membrantransportmechanismen, die von Zellen verwendet werden. Beide Prozesse laufen durch die Zellmembran ab. Die Zellmembran dient als selektiv permeable Barriere und lässt nur kleine, ungeladene Moleküle ungehindert durch die Zellmembran passieren. Große Moleküle sowie geladene Ionen werden durch aktive Diffusion durch die Zellmembran geleitet. Kleine, ungeladene Moleküle passieren die passive Diffusion. Da die aktive Diffusion gegen den Konzentrationsgradienten erfolgt, verwendet sie zelluläre Energie in Form von ATP oder eines elektrochemischen Gradienten. Die passive Diffusion erfolgt jedoch über einen Konzentrationsgradienten und erfordert keine zellulare Energie für den Transport von Molekülen. Der Hauptunterschied zwischen aktiver und passiver Diffusion besteht in der Art der Durchleitung von Molekülen und der Nutzung der Zellenergie bei jedem Prozess. 

Referenz:

1. Helmenstine, Anne Marie "Vergleichen und kontrastieren Sie den aktiven und passiven Transport." ThoughtCo, Hier verfügbar.

Bildhöflichkeit:

1. „Blausen 0818 Natrium-KaliumPumpe“ Von Blausen.com-Mitarbeitern (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. - Eigene Arbeit (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia
2. "Cotransporter" Von Wikimedia-Benutzer: Lupask - Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 3. 3. "Scheme simple diffusion in cell membrane-de" Von LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia
4. „Blausen 0394 Erleichterte Diffusion“ Von Blausen.com-Mitarbeitern (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. - Eigene Arbeit (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia
5. "Filtrationsdiagramm" Von LadyofHats Mariana Ruiz (Public Domain) über Commons Wikimedia
6. "Osmotischer Druck auf Blutzellen" Von LadyofHats (Public Domain) über Commons Wikimedia