Активен транспорт на вещества през мембраната. Видове активен транспорт на вещества през мембраната

Клетката е структурната единица на всички живи същества на нашата планета и отворена система. Това означава, че за жизнената си дейност е необходим постоянен обмен на вещества и енергия с околната среда. Тази обмяна се осъществява чрез мембраната - основната клетъчна граница, която е предназначена да запази целостта си. Чрез мембраната се осъществява клетъчната обмяна и тя минава или покрай нея градиент на концентрацията

Мембранна бариера и шлюз

Цитоплазмената мембрана е част от много клетъчни органели, пластиди и включвания. Съвременната наука се основава на течно-мозаечен модел на мембранна структура. Активният транспорт на веществата през мембраната е възможен благодарение на специфичната му структура. Основата на мембраните образува липидна двойка - най-вече фосфолипиди, разположени в съответствие с техните хидрофилни-хидрофобни свойства. Основните свойства на липидния двуслой са течливост (способността да се вграждат и губят петна), самосглобяване и асиметрия. Вторият компонент на мембраната е протеини. Техните функции са разнообразни: активен транспорт, приемане, ферментация, признание.

Протеините се намират както на повърхността на мембраните, така и навътре, а някои проникват няколко пъти. Свойството на белтъците в мембраната е способността да премине от едната страна на мембраната към другата (скок на "флип-флоп"). И последният компонент е захарид и полизахаридни вериги на въглехидрати на повърхността на мембраните. Техните функции все още са противоречиви днес.

Видове активен транспорт на вещества през мембраната

Активно ще бъде прехвърлянето на вещества през клетъчната мембрана, която се контролира, има цена и енергия противоречи градиент концентрация (веществото прехвърля от област на ниска концентрация на висока концентрация). В зависимост от вида на източника на енергия се разграничават следните видове транспорт:

• Основно активен (източник на енергия - хидролиза аденозин трифосфатна киселина АТР до аденозин дифосфорна ADP).
• Вторично активен (осигурява се от вторичната енергия, създадена в резултат на функционирането на механизмите на първичния активен транспорт на вещества).

Протеинови помощници

При първия и във втория случай транспортирането е невъзможно без протеинови преносители. Тези транспортни протеини са много специфични и са предназначени за прехвърляне на определени молекули, а понякога дори определени молекулни видове. Това е доказано експериментално мутирали гени на бактерии, които водят до невъзможност за активен транспорт през мембраната определен въглехидрати. Трансмембранен транспортни протеини могат действително да бъдат носители (те взаимодействат с молекули директно промъкнали чрез мембрана) или разпределение на каналите (образуващи пори в мембраните, които са отворени за специфични средства).

Помпа за натрий и калий

Най-проучен пример за първичен активен транспорт на вещества през мембраната е Na + -, K + -помпата. Този механизъм осигурява разлика в концентрациите на Na + и К + йони от двете страни на мембраната, което е необходимо за поддържане на осмотичното налягане в клетката и други метаболитни процеси. Трансмембранен протеинов носител - натриев калий ATP-ase - се състои от три части:

• От външната страна на мембраната протеинът има два рецептора за калиеви йони.
• От вътрешната страна на мембраната има три рецептора за натриеви йони.
• Вътрешната част на протеина се характеризира с АТР активност.

Когато два калиеви йони и три натриеви йони се свързват с протеиновите рецептори от двете страни на мембраната, активността на АТР се активира. ATP молекулата се хидролизира до ADP с освобождаването на енергия, която се изразходва за прехвърляне на калиевите йони навътре и натриевите йони към външната страна на цитоплазмената мембрана. Смята се, че ефективността на такава помпа е повече от 90%, което само по себе си е доста изненадващо.

За информация: ефективността на двигателя с вътрешно горене е около 40%, електрическото - до 80%. Интересно е, че помпата може да работи и в обратната посока и служи като фосфатен донор за синтеза на АТР. За някои клетки (например, неврони) до 70% от общата енергия се консумира, за да се отдели натрий от клетката и се излива калиеви йони. Помпите за калций, хлор, водород и някои други катиони (йони с положителен заряд) работят върху един и същ принцип на активен транспорт. За аниони (отрицателно заредени йони) такива помпи не се откриват.

Транспортиране на въглехидрати и аминокиселини

Пример за вторичен активен транспорт може да бъде прехвърлянето в клетките на глюкоза, аминокиселини, йод, желязо и пикочна киселина. В резултат на калиево-натриевата помпа се създава градиент на натриевите концентрации: извън концентрацията е висока, но вътре в нея е ниска (понякога 10-20 пъти). Натрият има тенденция да се разпространява в клетката и енергията от тази дифузия може да се използва за транспортиране на вещества навън. Този механизъм се нарича котранспорт или конюгиран активен транспорт. В този случай носителният протеин има два рецепторни центъра от външната част: една за натрий, а другата за транспортирания елемент. Едва след активирането на двата рецептора протеинът претърпява конформационни промени и натриевата дифузионна енергия въвежда в клетката транспортираната субстанция срещу градиента на концентрацията.

Стойността на активния транспорт за клетката

Ако обичайната дифузия на вещества през мембраната продължи толкова дълго, колкото е желателно, концентрацията им извън и вътре в клетката ще бъде изравнена. И това е за смъртта на клетките. В крайна сметка всички биохимични процеси трябва да се извършват в околната среда на разликата в електрическата потенциал. Без активно, против градиента на концентрация, транспортирането на веществата, невроните няма да могат да предават нервен импулс. И мускулните клетки ще загубят способността си да се свиват. Клетката няма да може да поддържа осмотичното налягане и ще се изравнява. И продуктите на метаболизма няма да бъдат извадени. Хормоните никога няма да влязат в кръвта. В крайна сметка дори амебата прекарва енергия и създава потенциална разлика в мембраната си с помощта на едни и същи йонни помпи.