Aktivni prevoz snovi skozi membrano. Vrste aktivnega prevoza snovi skozi membrano

Celica je strukturna enota vseh živih bitij na našem planetu in odprt sistem. To pomeni, da je za njeno vitalno dejavnost potrebna stalna izmenjava snovi in ​​energije z okoljem. Ta izmenjava poteka skozi membrano - glavno celično mejo, ki je zasnovana tako, da ohranja njegovo celovitost. Skozi membrano je prišlo do celične izmene in gre skozi gradient koncentracije

Membranska pregrada in vhod

Citoplazemska membrana je del mnogih celičnih organelov, plastidov in vključkov. Sodobna znanost temelji na molekularnem modelu membranske strukture. Aktivni transport snovi skozi membrano je mogoč zaradi svoje specifične strukture. Osnova membran je lipidni dvosloj - večinoma fosfolipidi, ki se nahajajo v skladu s svojimi hidrofilno-hidrofobne lastnosti. Glavne lastnosti lipidnega dvosloja so fluidnost (zmožnost vgradnje in izgube obliža), samonastavitve in asimetrije. Druga komponenta membrane je beljakovine. Njihove funkcije so raznolike: aktivni prevoz, sprejem, fermentacija, prepoznavanje.

Proteini se nahajajo tako na površini membran kot v notranjosti, nekateri pa jih večkrat permeirajo. Lastnost beljakovin v membrani je sposobnost prehoda z ene strani membrane na drugo ("flip-flop" skok). In zadnja komponenta so saharidne in polisaharidne verige ogljikovih hidratov na površini membran. Njihove funkcije so še danes sporne.

Vrste aktivnega prevoza snovi skozi membrano

Aktivni prenos snovi preko celične membrane, ki je nadzorovan, se pojavi s stroški energije in gre proti koncentracijskemu gradientu (snovi se prenesejo iz regije z nizko koncentracijo v območje z visoko koncentracijo). Glede na vrsto energetskega vira se razlikujejo naslednji načini prevoza:

• Predvsem aktiven (vir energije - hidroliza adenozin trifosfatna kislina ATP adenozin diphosphoric ADP).
• Sekundarno aktivna (zagotovljena je s sekundarno energijo, ki je nastala kot posledica delovanja mehanizmov primarnega aktivnega transporta snovi).

Beljakovine

V prvem in v drugem primeru je prevoz brez proteinov nosilca nemogoč. Ti transportni proteini so zelo specifični in so namenjeni prenosu določenih molekul in včasih tudi določenih vrst molekul. To je bilo eksperimentalno dokazano na mutiranih bakterijskih genih, kar je povzročilo nezmožnost aktivnega transporta skozi membrano določenega ogljikohidrata. Transmembranski nosilni proteini so lahko sami vektorji (medsebojno delujejo z molekulami in jih neposredno prevažajo skozi membrano) ali oblikujejo kanale (tvorijo pore v membranah, ki so odprti za specifične snovi).

Črpalka za natrij in kalij

Najbolj preučevan primer primarnega aktivnega transporta snovi skozi membrano je Na + -, K + - črpalka. Ta mehanizem zagotavlja razliko v koncentracijah Na + in K + ionov na obeh straneh membrane, kar je nujno za vzdrževanje osmotskega tlaka v celici in drugih metabolnih procesih. Transmembranski proteinski nosilec - natrijev-kalijev ATP-ase - je sestavljen iz treh delov:

• Na zunanji strani membrane ima protein dva receptorja za kalijeve ione.
• Na notranji strani membrane so trije receptorji za natrijeve ione.
• Za notranji del proteina je značilna aktivnost ATP.

Ko se na obeh straneh membrane vežejo dva kalijeva iona in trije natrijev ion, se aktivira aktivnost ATP. Molekulo ATP se hidrolizira v ADP s sproščanjem energije, ki se porabi za prenos kalijevih ionov navznoter in natrijeve ione na zunanjo stran citoplazemske membrane. Ocenjuje se, da je učinkovitost takšne črpalke več kot 90%, kar je samo po sebi presenetljivo.

Za vaše informacije: učinkovitost motorja z notranjim zgorevanjem je približno 40%, električni - do 80%. Zanimivo je, da črpalka deluje tudi v nasprotni smeri in služi kot donator fosfata za sintezo ATP. Za nekatere celice (npr. Nevroni) porabimo do 70% celotne energije, da odstranimo natrij iz celice in vlijemo kalijeve ione. Črpalke za kalcij, klor, vodik in nekatere druge katione (ioni s pozitivnim nabojem) delujejo na istem principu aktivnega prevoza. Za anione (negativno napolnjene ione) takšne črpalke niso zaznane.

Prevoz ogljikovih hidratov in aminokislin

Primer sekundarnega aktivnega transporta je prenos v celice glukoze, aminokislin, joda, železa in sečne kisline. Zaradi kalijeve natrijeve črpalke nastane gradient natrijevih koncentracij: zunaj koncentracije je visoka, vendar je v njej nizka (včasih 10 do 20-krat). Natrijev se nagiba k razširitvi v celico, energijo te difuzije pa lahko uporabimo za prenos snovi navzven. Ta mehanizem se imenuje cotransport ali konjugiran aktivni promet. V tem primeru nosilni protein ima dva receptorska središča od zunanjega dela: enega za natrij, drugi pa za transportiran element. Šele po aktiviranju obeh receptorjev proteina pretrpi konformacijske spremembe, energija natrijevega difuzije pa v celico prenaša preneseno snov proti koncentracijskemu gradientu.

Vrednost aktivnega prevoza za celico

Če bi se običajna difuzija snovi skozi membrano nadaljevala tako dolgo, kot je bilo potrebno, bi se njihove koncentracije zunaj in znotraj celice izravnale. In to je za smrt celic. Navsezadnje morajo vsi biokemični procesi potekati v okolju razlike v električnem potencialu. Brez aktivnega, proti koncentracijskemu gradientu, transport snovi, nevroni ne bi mogli prenesti živčnega impulza. In mišične celice bi izgubile sposobnost sklepanja pogodbe. Celica ne bi mogla vzdrževati osmotskega pritiska in bi se izravnala. In produktov metabolizma se ne bi izločil. In hormoni nikoli ne bi prišli v krvni obtok. Navsezadnje tudi ameba porabi energijo in ustvarja potencialno razliko na svoji membrani s pomočjo istih ionskih črpalk.