アクティブ拡散とパッシブ拡散の違い

主な違い – アクティブ拡散とパッシブ拡散

細胞の膜は半透過性バリアとして機能し、一定の細胞質環境を維持するために膜を横切る分子の動きを制御します。リン脂質二重層により、一部の分子は濃度勾配を介して細胞膜を自由に通過でき、他の一部の分子は膜を通過するために特別な構造を使用できます。これらの構造は膜貫通タンパク質です。残りの分子は、細胞エネルギーを利用して細胞膜を通過します。能動拡散と受動拡散は、細胞膜を通過する分子の輸送に関与する 2 つの方法です。 主な違い アクティブ拡散とパッシブ拡散の違いは、アクティブ拡散がを使用して濃度勾配に逆らって分子をポンピングすることです。 ATP エネルギー 一方、受動拡散では、分子は濃度勾配を介して膜を通過できます。 したがって、受動拡散は分子の輸送に細胞エネルギーを利用しません。

対象となる主な分野

1.アクティブ拡散とは
– 定義、分子の種類、輸送メカニズム
2.パッシブ拡散とは
– 定義、分子の種類、輸送メカニズム
3.アクティブ拡散とパッシブ拡散の類似点
– 共通機能の概要
4.アクティブ拡散とパッシブ拡散の違いは何ですか
– 主な相違点の比較

重要な用語:ATP、細胞膜、電気化学勾配、促進拡散、浸透、一次能動拡散、二次能動拡散、単純拡散

アクティブ ディフュージョンとは

能動的拡散とは、細胞エネルギーを利用して、細胞膜内の担体タンパク質の助けを借りて、分子またはイオンが低濃度の領域から高濃度の領域に移動することを指します。細胞は、活発な拡散によってグルコース、アミノ酸、およびイオンを蓄積します。一次活性拡散と二次活性拡散は、細胞が使用する 2 種類の活性拡散メカニズムです。

プライマリ アクティブ ディフュージョン

一次能動拡散とは、ATP の形で細胞エネルギーを利用することにより、濃度勾配に逆らって分子を輸送することです。したがって、一次能動輸送は、ATP を利用した担体タンパク質分子を利用します。一次能動輸送は、細胞の静止電位を維持するナトリウム/カリウム ポンプ (Na+/K+ ATPase) で最も明白です。 ATP の加水分解によって放出されるエネルギーは、3 つのナトリウム イオンを細胞から送り出し、2 つのカリウム イオンを細胞内に送り出すために使用されます。ここでは、ナトリウム イオンは 10 mM の低濃度から 145 mM の高濃度に輸送されます。カリウム イオンは、細胞内の 140 mM 濃度から細胞外液の 5 mM 濃度に輸送されます。ナトリウム/カリウム ポンプの動作を 図 1 に示します。 .

図 1:ナトリウム - カリウム ポンプ

プロトン/カリウム ポンプ (H+/K+ ATPase) は胃の粘膜にあり、胃の中を酸性環境に保ちます。オメプラゾールは、プロトン/カリウム ポンプ阻害剤であり、胃内の酸逆流を減らします。電子伝達系の酸化的リン酸化と光リン酸化はどちらも、一次能動輸送を使用して還元力も生み出します。

セカンダリ アクティブ ディフュージョン

二次能動拡散とは、電気化学的勾配から放出されるエネルギーによる濃度勾配に逆らう分子の輸送を指します。ここで、膜貫通タンパク質はチャネルタンパク質（孔形成タンパク質）によって作られます。二次能動輸送では、濃度勾配に逆らった別の物質の同時移動が観測されます。したがって、二次活性拡散に関与するチャネルタンパク質は、共輸送体として識別できます。共輸送体には、アンチポーターとシンポーターの 2 種類があります。共同輸送体の行動は 図 2 に示されています .

図 2:共輸送者

特定のイオンと溶質はアンチポーターによって反対方向に輸送されます。活動電位後の心筋細胞のカルシウム イオン濃度の回復を可能にするナトリウム/カルシウム交換体は、アンチポーターの最も一般的な例です。イオンは濃度勾配を通って輸送され、溶質は共輸送体によって濃度勾配に逆らって輸送されます。ここでは、両方の分子が細胞膜を横切って同じ方向に輸送されます。 SGLT2 は、ナトリウムイオンと共にグルコースを細胞内に輸送する共輸送体です。

パッシブ拡散とは

受動拡散とは、細胞のエネルギーを利用せずに、濃度勾配によって細胞膜を通過するイオンまたは分子の移動を指します。したがって、受動拡散は、分子の自然なエントロピーを使用して細胞膜を通過します。分子の移動は、その濃度が両側で等しくなるまで発生します。受動拡散の主な 4 つのタイプは、浸透、単純拡散、促進拡散、およびろ過です。

単純拡散

透過膜を横切る分子の単純な動きは、単純拡散と呼ばれます。小さな非極性分子は、単純な拡散を使用します。より良い流れを維持するには、拡散距離を短くする必要があります。 図 3 に単純な拡散を示します .

図 3:シンプルな拡散

促進拡散

極性分子と高分子は、促進拡散によって細胞膜を通過します。促進された拡散に関与する 3 種類の輸送タンパク質は、チャネルタンパク質、アクアポリン、およびキャリアタンパク質です。チャネルタンパク質は膜を横切る疎水性トンネルを作り、選択された疎水性分子が膜を通過できるようにします。常に開いているチャネルタンパク質もあれば、イオンチャネルタンパク質のようにゲートが開いているものもあります。アクアポリンは、水が膜をすばやく通過できるようにします。担体タンパク質はその形状を変化させ、膜を越えて標的分子を輸送します。促進された拡散は 図 4 に示されています。

図 4:促進拡散

ろ過

ろ過とは、心血管系によって生成された静水圧による水と一緒の溶質の移動です。腎臓のボーマン嚢で発生します。ろ過は 図 5 に示されています。

図 5:ろ過

浸透

浸透とは、選択的に透過性の膜を横切る水の動きです。それは、高い水ポテンシャルから低い水ポテンシャルまで発生します。赤血球に対する浸透圧の影響を 図 6 に示します。 .高張液中の赤血球は、細胞から水分を失うことがあります。高張液には、赤血球の細胞質よりも高濃度の溶質が含まれています。等張液には、細胞質と同様の濃度の溶質が含まれています。そのため、セルに出入りする水の正味の動きはゼロです。低張液には、細胞質よりも低い溶質濃度が含まれています。赤血球は低張液から水を受け取ります。

図 6:赤血球の浸透圧

脂溶性分子はリン脂質二重層を受動的に通過します。水溶性分子は、膜貫通タンパク質によって細胞膜を通過します。

アクティブ拡散とパッシブ拡散の類似点

• 細胞膜を通過する分子の輸送には、能動拡散と受動拡散の両方が関与しています。
• 能動拡散と受動拡散の両方で、膜貫通タンパク質を使用して分子を輸送します。

アクティブ拡散とパッシブ拡散の違い

定義

アクティブ拡散: 能動拡散 とは、細胞エネルギーを利用して、細胞膜内の担体タンパク質の助けを借りて、分子またはイオンが低濃度の領域から高濃度の領域に移動することです。

パッシブ拡散: 受動拡散とは、細胞のエネルギーを利用せずに、濃度勾配を介して細胞膜を通過するイオンまたは分子の移動です。

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アクティブ拡散: 能動拡散は細胞エネルギーを利用して、細胞膜を横切って分子を輸送します。

パッシブ拡散: 受動拡散は細胞エネルギーを利用しません。

輸送の種類

アクティブ拡散: プライマリ アクティブ ディフュージョンとセカンダリ アクティブ ディフュージョンは、2 種類のアクティブ ディフュージョンです。

パッシブ拡散: 単純拡散、促進拡散、ろ過、浸透は、受動拡散の 4 つのタイプです。

分子の輸送

アクティブ拡散: イオン、大きなタンパク質、複雑な糖、および細胞は、能動拡散によって輸送されます。

パッシブ拡散: 小さな単糖類、脂質、性ホルモン、二酸化炭素、酸素、水などの水溶性分子は、受動拡散によって輸送されます。

役割

アクティブ拡散: 活発な拡散により、分子は細胞膜を通過し、拡散によって確立された平衡が乱れます。

パッシブ拡散: 水、栄養素、ガス、廃棄物の動的平衡は、サイトゾルと細胞外環境の間の受動拡散によって維持されます。

重要性

アクティブ拡散: 不溶性の大きな分子が細胞に入るには、能動輸送が必要です。

パッシブ拡散: 受動拡散により、サイトゾルと細胞外液の間の微妙な恒常性が維持されます。

結論

能動拡散と受動拡散は、細胞が使用する 2 種類の膜輸送メカニズムです。どちらのプロセスも細胞膜を介して発生します。細胞膜は選択的に透過性のバリアとして機能し、荷電していない小さな分子のみが細胞膜を自由に通過できるようにします。大きな分子は、荷電イオンと同様に、能動拡散によって細胞膜を通過します。荷電していない小さな分子は、受動拡散を通過します。活性拡散は濃度勾配に逆らって発生するため、ATP または電気化学的勾配の形で細胞エネルギーを使用します。しかし、受動拡散は濃度勾配によって発生し、分子の輸送に細胞エネルギーを必要としません。能動拡散と受動拡散の主な違いは、通過する分子の種類と、各プロセスによる細胞エネルギーの利用です。

参照:

画像提供:

1. 「Blausen 0818 ナトリウム-カリウムポンプ」Blausen.com スタッフ (2014 年)。 「Blausen Medical 2014 の医療ギャラリー」。 WikiJournal of Medicine 1 (2)。 DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436。 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (CC BY 3.0)
2.ウィキメディア ユーザーによる「コトランスポーター」:ルパスク – ウィキメディア コモンズ (CC BY-SA 3.0)、コモンズ ウィキメディア経由 3. 「細胞膜における単純な拡散のスキーム-en」LadyofHats マリアナ ルイス ビジャレアル – 自身の作品 (パブリック ドメイン)、コモンズ ウィキメディア経由
4. 「Blausen 0394 促進拡散」Blausen.com スタッフ (2014 年)。 「Blausen Medical 2014 の医療ギャラリー」。 WikiJournal of Medicine 1 (2)。 DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436。 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (CC BY 3.0)
5. 「ろ過図」LadyofHats Mariana Ruiz (パブリック ドメイン)、Commons Wikimedia 経由
6. 「血球の浸透圧図」LadyofHats (パブリック ドメイン)、コモンズ ウィキメディア経由