Cellemembranens funksjon: hvordan cellen bestemmer hva som slipper inn og ut

Cellemembranen er en aktiv portvakt. Den velger ut hvilke stoffer som får passere, i hvilken retning, og om det skal koste energi. Her lærer du forskjellen på passiv og aktiv transport, hvordan natrium-kalium-pumpa virker, og hvordan cellen frakter store stoffer i vesikler.

Nedenfor går vi gjennom oppbygningen av membranen, de tre formene for passiv transport, hva som skjer når cellen må betale med ATP, og hvorfor mitokondriene har to membraner i stedet for én.

Hva består cellemembranen av?

Cellemembranen bygges opp av et dobbelt lag med fosfolipider. Hvert fosfolipid har et vannelskende hode og to vannskyende haler. Halene vender inn mot hverandre, hodene ut mot vannet på begge sider. Konsekvensen er viktig: små, upolare molekyler kan gli rett gjennom lipidlaget, mens ioner og store polare molekyler som glukose ikke kommer forbi på egen hånd. Membranen er selektivt permeabel, altså delvis gjennomtrengelig.

Membranproteinene gjør jobben

Innimellom fosfolipidene sitter proteiner, og det er disse som gir membranen funksjonene sine. Noen danner kanaler som slipper bestemte stoffer gjennom. Andre fungerer som pumper som flytter stoffer aktivt. Andre igjen tar imot signaler eller gjenkjenner celler. Membranproteinene er derfor viktige både for transport og kommunikasjon.

Passiv transport: transport uten energibruk

Passiv transport betyr at stoffer beveger seg med konsentrasjonsgradienten, altså fra høy til lav konsentrasjon. Cellen bruker ingen energi på dette. Bevegelsen drives av partiklenes egen tilfeldige bevegelse.

For ioner er bildet litt mer sammensatt. Et ion er ladet, og da påvirkes det av to ting samtidig: konsentrasjonsforskjellen og ladningsforskjellen over membranen. De to til sammen kalles den elektrokjemiske gradienten, og det er den som bestemmer hvilken vei et ion faktisk beveger seg.

Diffusjon

Diffusjon er den enkleste formen. Oksygen og karbondioksid er små og upolare, og diffunderer rett gjennom lipidlaget. Det er derfor oksygen kommer seg fra lungene og inn i blodet uten at kroppen må bruke energi på det.

Fasilitert diffusjon

Stoffer som ikke kommer gjennom lipidlaget kan likevel transporteres passivt, ved hjelp av kanalproteiner eller bærerproteiner. Det koster fortsatt ingen energi, men det krever et protein. Ionekanaler er et typisk eksempel.

Osmose

Osmose er diffusjon av vann gjennom en selektivt permeabel membran. Vannet beveger seg vanligvis fra siden med lavest konsentrasjon av løste stoffer til siden med høyest, når stoffene ikke kan passere membranen fritt. Dette har direkte konsekvenser for cellens volum. Legger du en celle i rent vann, strømmer vann inn og cellen sveller. Legger du den i en sterkt saltholdig løsning, trekkes vann ut og cellen skrumper. Kroppen bruker mye ressurser på å holde saltbalansen stabil nettopp for å unngå dette.

Aktiv transport: når cellen må betale

Noen ganger trenger cellen å flytte stoffer motsatt vei av gradienten, altså fra lav til høy konsentrasjon. Det skjer ikke av seg selv. Da må cellen bruke energi, og transporten kalles aktiv transport. Denne formen for aktiv transport foregår gjennom transportproteiner.

Energien kan komme på to måter, og skillet er verdt å ha klart:

Ved primær aktiv transport bryter transportproteinet ned ATP selv. Natrium-kalium-pumpa er eksemplet du må kunne.

Ved sekundær aktiv transport bruker proteinet en iongradient som allerede er bygget opp. Da forbrukes ingen ATP i selve transportsteget. Energien kommer likevel indirekte fra ATP, fordi gradienten må holdes ved like av en pumpe et annet sted i membranen.

Natrium-kalium-pumpa

Den mest kjente pumpa i kroppen din er natrium-kalium-pumpa. For hvert ATP-molekyl den bruker, pumper den tre natriumioner ut av cellen og to kaliumioner inn. Legg merke til tallene: tre ut, to inn.

Pumpa gjør to ting. Den holder natriumkonsentrasjonen lav og kaliumkonsentrasjonen høy inne i cellen, og den flytter netto én positiv ladning ut per runde. Resultatet er at innsiden av cellen blir negativ i forhold til utsiden. Denne ladningsforskjellen kalles membranpotensialet.

Pumpa er ikke alene om å skape membranpotensialet. Den bygger og opprettholder iongradientene, mens selve spenningen også avhenger av at membranen slipper ulike ioner gjennom i ulik grad. Kaliumlekkasjekanaler, som lar kalium sive ut igjen, står for en stor del av spenningen i en hvilende nervecelle. Når nervecellen fyrer av, åpnes ionekanaler, membranpotensialet endres raskt, og vi får et aksjonspotensial som forplanter seg langs cellen.

Glukose på gratistur

Cellene i tarmen bruker natriumgradienten til noe smart. Et transportprotein frakter natriumioner og glukose inn i cellen sammen. Glukosen transporteres altså mot sin egen konsentrasjonsgradient, uten at det brukes ATP direkte på selve glukosetransporten. Energien kommer indirekte fra natrium-kalium-pumpa, som hele tiden holder natriumkonsentrasjonen lav inne i cellen. Dette er et eksempel på sekundær aktiv transport ved kotransport.

Vesikkeltransport: for det som er for stort

Noen ganger er stoffet altfor stort til å passe i en kanal eller pumpe. Da pakker cellen det inn i membranblærer, kalt vesikler. Ved endocytose bukter cellemembranen seg innover rundt stoffet og snører av en vesikkel på innsiden. Slik tar hvite blodceller opp bakterier. Ved eksocytose skjer det motsatte: en vesikkel innenfra smelter sammen med cellemembranen og tømmer innholdet ut. Slik skiller nerveceller ut signalstoffer. Materiale som tas opp ved endocytose leveres ofte til lysosomene, cellens nedbrytningsstasjoner, som inneholder enzymer som bryter stoffet ned.

Vesikkeltransport koster energi, men den hører til i en egen kategori fordi stoffet aldri passerer gjennom membranen. Det fraktes i en boble av membran.

Passiv eller aktiv transport? Kort oversikt

Hvorfor har mitokondriene to membraner?

Et mitokondrium er omgitt av to membraner: en ytre og en indre. Den indre membranen er kraftig foldet, slik at overflaten blir mye større enn den ellers ville vært. Det er i denne indre membranen ATP produseres. Cellen bygger opp en forskjell i konsentrasjon av hydrogenioner mellom rommet mellom membranene og det indre rommet, matriks. Når hydrogenionene strømmer tilbake gjennom et enzym i membranen, dannes ATP. Prinsippet er det samme som ellers i cellen: en gradient over en membran er lagret energi som kan brukes til arbeid.

Vanlige misforståelser om cellemembranen

Den vanligste feilen er å tro at all transport gjennom proteiner er aktiv. Fasilitert diffusjon går gjennom et protein, men er passiv. Det avgjørende er om transporten går med eller mot gradienten.

Så er det osmose, der mange roter retningen. Vann beveger seg dit det er mest løst stoff, altså dit vannkonsentrasjonen er lavest. Det er omvendt av hva mange tror.

Videre må du ikke bytte om på tallene i natrium-kalium-pumpa. Tre natrium ut, to kalium inn. Det er denne ubalansen som bygger opp gradientene nervesignalene avhenger av.

Og til slutt kan glukosetransporten i tarmen se passiv ut. Glukosen går mot sin egen gradient, og energien kommer fra natriumgradienten, som igjen opprettholdes av natrium-kalium-pumpa ved hjelp av ATP.

Ofte stilte spørsmål

Lær mer

Transport over cellemembranen blir lettere når du ser prosessene animert. På EnkelEksamen finner du videoundervisning i Biologi 1 der cellemembranen gjennomgås steg for steg med oppgaver til hver leksjon.

REA3035

Biologi 1 – Privatist

Prøv gratis

Kjøp faget

REA3035

Biologi 1 – VGS

Prøv gratis

Kjøp faget