能動輸送と受動輸送は、イオンと分子を細胞に出し入れするための 2 つのプロセスです。それらの主な違いは、能動輸送はエネルギーの入力を必要とするのに対し、受動輸送は必要としないことです。能動輸送はイオンと分子を濃度勾配に逆らって (低濃度から高濃度へ) 移動させますが、受動輸送は化学物質を高濃度から低濃度へ移動させます。これらのプロセスが一緒になって、原形質膜を横切って酸素、水、イオン、栄養素、老廃物を輸送します。
輸送プロセスの概要
受動輸送
受動輸送は、イオンと分子をその自然な運動エネルギーとエントロピーを使用して濃度勾配の下に移動させます。細胞からのエネルギー入力は必要ありません。受動輸送を介して移動する種の例は、ガス、水、小分子、および一部のイオンです。受動輸送の主なタイプは、拡散、促進拡散 (促進輸送と呼ばれることもあります)、浸透、およびろ過です。
- 拡散 高濃度から低濃度への粒子の移動です。水、ガス、小分子は原形質膜を横切って拡散します。例として、細胞内外への二酸化炭素の移動があります。
- 促進された拡散 またはキャリア媒介浸透は、特別な膜に埋め込まれた輸送タンパク質を使用して、膜を横切る分子の動きです。例としては、ブドウ糖の細胞への吸収があります。グルコースは十分に大きな分子であるため、細胞への侵入を助けるチャネルが必要です。 (注:グルコースの移動には、能動輸送が関与するものもあります。)
- 浸透 半透膜を横切る水の動きです。水は浸透を介して細胞に自由に出入りするため、膜の両側で濃度が同じになります。
- ろ過 細孔を通って膜を横切る水と溶質の移動です。心血管系からの静水圧は、分子が膜を透過するのを助けます。たとえば、腎臓のボーマン嚢はアルブミンをろ過しますが、より大きなタンパク質は通過できません。
能動輸送
能動輸送は、濃度勾配または極性反発に逆らって分子を移動させます。能動輸送を介して移動する化学物質の種類には、糖、アミノ酸、およびイオン (濃度勾配に逆らって) が含まれます。能動輸送の主なタイプは、一次能動輸送、二次能動輸送、およびバルク輸送です。
- 一次能動輸送 または ダイレクト アクティブ トランスポート 主にATP加水分解またはNADH還元を使用して、イオンと分子を膜を越えて輸送します。金属イオン (Na、K、Mg、Ca) には、膜を通過するためのイオン ポンプまたはチャネルが必要です。
- 二次能動輸送 または連結輸送 (共輸送 ) 分子を輸送するためにエネルギーを使用しますが、プロセスが ATP に直接結合されていないことを除きます。エネルギーは、イオンを細胞に出し入れすることによって達成される電位差から得られます。共輸送体には2つのタイプがあります。 シンポーター 膜を横切って同じ方向に 2 つの化学種をポンプします。 1 つの種は濃度勾配で移動し、他の種を動かすエネルギーを提供します。 アンチポーター 膜を横切って反対方向に 2 種類のイオンまたは溶質を送り出します。高濃度から低濃度に移動する 1 つの分子のエネルギーは、勾配に逆らって他の種の移動を輸送します。
- バルク輸送は、小胞を使用して物質を細胞に出入りさせます。エンドサイトーシスとエキソサイトーシスは、バルク輸送の形態です。 エンドサイトーシス 材料をベシクルで囲み、ベシクルを細胞内に持ち込みます。 エキソサイトーシス 対照的に、封入された物質を細胞の外側に放出します。エンドサイトーシスの主な 2 種類は ピノサイトーシス です (液体を含む「細胞飲用」と食作用 (「細胞を食べる」)、固形物を飲み込みます。
能動輸送と受動輸送の違い
この表は、アクティブ トランスポートとパッシブ トランスポートに関する重要なポイントと、それらの違いをまとめたものです。
| アクティブ トランスポート | パッシブ輸送 | |
|---|---|---|
| 定義 | 能動輸送は分子を低濃度から高濃度に移動させ、エネルギー (ATP) を必要とします。 | 受動輸送は分子を高濃度から低濃度に移動させ、エネルギーを必要としません。 |
| タイプ | エンドサイトーシス、エキソサイトーシス、イオンおよびタンパク質ポンプ | 拡散、促進拡散、浸透、ろ過 |
| 輸送される分子 | タンパク質、イオン、複雑な糖、その他の大きな分子、細胞 | 水、酸素、二酸化炭素、脂溶性分子、低分子糖 |
| 関数 | 分子を輸送して、細胞の外側よりも内側に多く存在できるようにします | 水、ガス、栄養素、老廃物の動的平衡を維持 |
| 例 | 食作用、飲作用、ナトリウム-カリウム ポンプ | 酸素と二酸化炭素の拡散、ホルモンの拡散促進 |
| 重要性 | アミノ酸、糖、高分子脂質などの必須栄養素をタイムリーに提供 | 細胞内の平衡を維持し、酸素、水、二酸化炭素の自由な輸送を可能にします. |
アクティブおよびパッシブ輸送ワークシート
これらのワークシートを使用して、能動輸送と受動輸送の理解度をテストしてください。個人使用またはクラスの課題としてワークシートをダウンロードして印刷してください。
膜輸送ワークシート #1
PDF ワークシート
PDF 回答キー
Google スライド ワークシート
膜輸送ワークシート #2
PDF ワークシート
PDF 回答キー
Google スライド ワークシート
参考文献
- ヤン、ラインハルト。 Südhof、Thomas C. (1999)。 「膜融合とエキソサイトーシス」。 生化学の年次レビュー . 68 (1):863–911. doi:10.1146/annurev.biochem.68.1.863
- リース、ジェーン B.;うーん、リサ A.;カイン、マイケル・L.;ワッサーマン、スティーブン A.; Minorsky、Peter V.;ジャクソン、ロバート B. (2014)。 キャンベルの生物学 （第10版）。米国:Pearson Education Inc. ISBN 978-0-321-77565-8.
- Rosenberg, T. (1948). 「生物系における蓄積と能動輸送について。 I. 熱力学的考察」。 Acta Chem.スキャン。 2:14–33. doi:10.3891/acta.chem.scand.02-0014
- サダバ、デビッド。 H.クレイグ・ヘラー。ゴードン・H・オリアンズ;ウィリアム・K・パーブス。デビッド・M・ヒリス (2007)。 「膜輸送の受動プロセスとは何ですか?」. 生命 :生物学の科学 （第8版）。マサチューセッツ州サンダーランド:Sinauer Associates。 ISBN 9780716776710.
- Srivastava, P.K. (2005). 初等生物物理学:はじめに . Harrow:Alpha Science Internat. ISBN 9781842651933.
