Transportul activ al substanțelor prin membrană. Tipuri de transport activ de substanțe prin membrană

Celula este unitatea structurală a tuturor lucrurilor vii de pe planeta noastră și a unui sistem deschis. Aceasta înseamnă că, pentru activitatea sa vitală, este necesar un schimb constant de substanțe și energie cu mediul. Acest schimb este realizat prin membrana - limita principală a celulei, care este menită să-și păstreze integritatea. Prin membrană are loc schimbul celular și se desfășoară fie prin gradientul de concentrație

Membrană - barieră și șlep

Membrana citoplasmatică face parte din multe organele celulare, plastide și incluziuni. Știința modernă se bazează pe un model lichid-mozaic de structură membranară. Transportul activ al substanțelor prin membrană este posibil datorită structurii sale specifice. Bazele membranelor formează o bilateră lipidică - în cea mai mare parte fosfolipide, situate în conformitate cu acestea proprietăți hidrofile-hidrofobe. Principalele proprietăți ale bilayerului lipidic sunt fluiditatea (capacitatea de a construi și a pierde peticele), auto-asamblarea și asimetria. A doua componentă a membranei este proteinele. Funcțiile lor sunt diverse: transport activ, recepție, fermentație, recunoaștere.

Proteinele sunt situate atât pe suprafața membranelor, cât și în interiorul acesteia, iar unele sunt permise de mai multe ori. Proprietatea proteinelor din membrană este capacitatea de a trece de la o parte a membranei la alta (saltul "flip-flop"). Și ultima componentă este lanțurile de zaharide și polizaharide ale carbohidraților pe suprafața membranelor. Funcțiile lor sunt încă controversate astăzi.

Tipuri de transport activ de substanțe prin membrană

Activă va fi transferul substanțelor prin membrana celulară, care este controlată, există un cost și energie merge împotriva unui gradient de concentrație (substanță transferată dintr-o zonă de concentrație scăzută la o concentrație ridicată). În funcție de ce sursă de energie se utilizează, următoarele tipuri de transport:

• Activitate primară (sursă de energie - hidroliză acidul adenozin trifosfat ATP la adenozin difosforic ADP).
• Secundar activ (furnizat de energia secundară creată ca urmare a mecanismelor de transport primare substanțe active).

Protectori de proteine

În primul și al doilea caz, transportul este imposibil fără proteine ​​transportoare. Aceste proteine ​​de transport sunt foarte specifice și sunt destinate pentru transferul de anumite molecule, și, uneori, chiar anumite specii moleculare. Acest lucru a fost dovedit experimental gene mutante de bacterii care duc la imposibilitatea transportului activ prin membrana unui anumit carbohidrat. Proteinele transmembranara transporter pot fi de fapt purtători (ele interacționează cu moleculele strecurase direct prin membrana sale) sau (care formează pori în canale în membranele care sunt deschise la agenți specifici).

Pompă pentru sodiu și potasiu

Cel mai studiat exemplu de transport activ principal al substanțelor prin membrană este pompa Na +, K +. Acest mecanism oferă o diferență în concentrațiile de ioni Na + și K + de pe ambele părți ale membranei, care este necesar pentru a menține presiunea osmotică în celulă și alte procese metabolice. Suport transmembranar de proteine ​​- sodiu-potasiu ATP-ase - constă din trei părți:

• Pe partea exterioară a membranei, proteina are doi receptori pentru ionii de potasiu.
• Pe partea interioară a membranei sunt trei receptori pentru ionii de sodiu.
• Partea internă a proteinei este caracterizată prin activitatea ATP.

Ori de cate ori ioni de potasiu și doi ioni de sodiu trei se leagă la receptorii de proteine ​​de pe ambele părți ale unei membrane incluse activitate ATP. Molecula de ATP hidrolizat la ADP cu eliberare de energie, care este consumat pentru a transporta ionii de potasiu în și ionii de sodiu în afara membranei citoplasmatice. Se estimează că eficiența unui astfel de pompă este mai mare de 90%, care, în sine este destul de surprinzător.

Pentru informații: eficiența motorului cu combustie internă este de aproximativ 40%, electric - până la 80%. Este interesant faptul că pompa poate funcționa și în direcția opusă și poate servi ca donator de fosfat pentru sinteza ATP. Pentru unele celule (de exemplu, neuroni), se consumă până la 70% din energia totală pentru a îndepărta sodiul din celulă și se toarnă ionii de potasiu. Pompele pentru calciu, clor, hidrogen și alte cationi (ioni cu încărcătură pozitivă) lucrează pe același principiu al transportului activ. Pentru anioni (ioni încărcați negativ) astfel de pompe nu sunt detectate.

Transportul carbohidratilor si aminoacizilor

Un exemplu de transport secundar activ poate fi transferul în celule de glucoză, aminoacizi, iod, fier și acid uric. Ca urmare a pompei de potasiu-sodiu, se creează un gradient de concentrații de sodiu: în afara concentrației este mare, dar în interior este scăzută (uneori 10-20 ori). Sodiul tinde să difuzeze în celulă, iar energia acestei difuzii poate fi utilizată pentru a transporta substanțele în exterior. Acest mecanism se numește transport de transport cotransport sau transport activ. În acest caz, proteina purtătoare are două centre receptor de la partea exterioară: una pentru sodiu, iar cealaltă pentru elementul transportat. Numai după activarea ambilor receptori, proteina suferă modificări conformaționale, iar energia de difuzie de sodiu introduce în celulă substanța transportată în raport cu gradientul de concentrație.

Valoarea transportului activ pentru celulă

Dacă difuzia obișnuită a substanțelor prin membrană s-a desfășurat atât timp cât se dorește, concentrațiile lor în exteriorul și în interiorul celulei ar fi egalizate. Și asta e pentru moartea celulelor. La urma urmei, toate procesele biochimice trebuie să aibă loc în mediul de diferență de potențial electric. Fără activ, împotriva gradientului de concentrație, transportul de substanțe, neuronii nu ar fi capabili să transmită un impuls nervos. Și celulele musculare ar pierde capacitatea de a contracta. Celula nu ar fi capabilă să mențină presiunea osmotică și s-ar îndepărta. Și produsele metabolismului nu vor fi scoase. Și hormonii nu ar intra niciodată în sânge. La urma urmei, chiar și o amoeba își petrece energia și creează o diferență de potențial pe membrana sa cu ajutorul acelorași pompe de ioni.