6 - Активний транспорт - СтудІзба

Це трансмембранне перенесення у бік вищого електрохімічного потенціалу, він призначений для виконання в клітині речовин, концентрація яких перевищує концентрацію цих речовин у середовищі. Активний транспорт використовується для виведення з клітин надлишкових речовин, навіть у тому випадку, якщо концентрація їх у середовищі більша, ніж у клітині.

Властивості активного транспорту:

Перенесення речовини проти градієнтів, що відбуваються за рахунок вільної енергії, звільняючи при окисленні речовини в організмі.
Вільна енергія, що забезпечує активний транспорт, передається біологічній мембрані в ході хімічних процесів, пов'язаних із перенесенням речовини, тобто. вільна енергія підводиться внаслідок реакції, у якій беруть участь самі мембрани.
Активний транспорт вибірковий, тобто. кожна система активного транспорту забезпечує перенесення лише однієї речовини щодо одного напрямі.

У деяких випадках можливий ……………, при якому у зворотному напрямку відбувається пасивний транспорт інших речовин, але з використанням тих самих переносників. Т.о. будь-яка система активного транспорту містить 3 необхідні компоненти:

1) джерело вільної енергії;

2) переносник цієї речовини;

3) Регуляторний чинник, який пов'язує виділення енергії з початком перенесення.

У більшості систем активного транспорту як джерело енергії використовується адезинтрифосфорна кислота (АТФ). За рахунок гідролізу та приєднання фосфатної групи кислоти до молекули переносника виводиться додаткова вільна енергія, достатня для подолання градієнта. Віддаючи молекулярні речовини з іншого боку мембрани, переносник дефосфолюється, втрачає фосфатну групу. Переносникамиможуть бути дрібні білкові молекули, що входять до складу мембрани і здійснюють процес перенесення за механізмом "великої і малої каруселі", або великі білкові молекули, що пронизують мембрану, що переносять молекулу за рахунок механізму ротації або зсуву.

3-й компонент системи активного транспорту, який забезпечує узгодженість роботи переносника та джерела енергії, це особливий фермент, який прискорює гідроліз АТФ - це фаза АТ. Для кожної речовини існує спеціальна АТ-фаза. Кожна їх активує гідроліз АТФ лише у присутності переносимого речовини, тобто. кальцієва АТ-фаза проходить в активному стані тільки за певного значення концентрації іонів Ca в міжклітинному середовищі. Усі АТ- фази специфічні і діють лише у напрямі переносу. Наприклад, калій-натрієва фаза АТ активізує переносник Na тільки з боку клітини, а переносник K тільки з боку міжклітинної речовини. Збільшення концентрації іонів Na в міжклітинному просторі не є сигналом вимкнення активного транспорту. Т.о. в клітинній мембрані постійно присутні і переносники та транспортні ферменти АТ-фази. Усі системи активного транспорту починають працювати лише зі збільшенням речовини, що підлягає транспорту.

Основне призначення активного транспортуполягає у забезпеченні постійного нерівноважного повного складу всередині клітинної речовини. Постійність повного складу є необхідною умовою для нормального функціонування клітини. Іони входячи до складу багатьох складних молекул, здійснюють регулювання ефективного обміну речовини, що контролює швидкість перетворення енергії. Прикладом активного транспорту є калій-натрієвий насос. Концентрація іонів калію всередині клітини набагато більша за їх концентрацію в міжклітинному.просторі. Розподіл іонів Na протилежно, тобто. у міжклітинному середовищі знаходиться більше 50% іонів Na, 40% входить до складу кісток, 10% усередині клітини. До складу активного транспорту калій-натрієвого насоса входить АТФ як джерело енергії та калій-натрієва АТ-фаза, яка є переносником і узгоджуючим елементом активного транспорту. Цей фермент був відкритий в 1957 р. і складається з 2-х поліпептидних ланцюгів з молекулярними масами 84 тис. і 5700. Вводячи цей фермент у штучні біомембрани, вдалося встановити, що він забезпечує процес розщеплення АТФ і підтримує іонний струм через мембрану. Руйнування ферменту призводило до припинення струму. Молекули калій-натрієвої АТ-фази пронизують біомембрану і контактують одним кінцем з цитоплазмою всередині клітини, а 2-м з міжклітинною речовиною. Молекули цієї фази АТ посилюють гідроліз АТФ при посиленні, наростанні концентрації іонів Na всередині клітини або іонів K зовні. При цьому молекули ферменту приєднують фосфатну групу, що відокремилася від АТФ і 3 іона Na, що знаходяться всередині клітини, а також 2 іона K, розташованих за межами клітини. Після цього молекули АТ- фази відчувають конформаційне перетворення за рахунок ротації або зсуву, переміщуючи іони K всередину, втрачаючи при цьому енергію, молекула АТ- фази одночасно звільняється і від фосфатної групи і від відповідних іонів, відчуваючи зворотне конформаційне перетворення. За один цикл переноситься 3 іони Na і 2 іони K .

У біомембранах існують інші системи активного транспорту. При скороченні м'язів необхідно працювати кальцієвого насоса, який забезпечить стабільно низький рівень Ca в міжклітинному просторі ( 10 -6 моль/ л). Схема активного транспорту аналогічна будь-якому іншому. Робота Ca-го насоса дозволяє закачуватинадлишкові іони Ca в так звані цистерни та сприяє розслабленню м'язів. Додатковим фактором необхідним для активізації Ca-ой АТ-фази є наявність іонів Mg в міжклітинному середовищі.

Полегшена дифузія- це одне із видів пасивного транспорту, є транспортування речовини у тому напрямі, як і вільна дифузія, лише з великою швидкістю. Відмінне властивість полегшеної дифузії- ефект насичення, тобто. при досягненні певної концентрації речовини поблизу мембрани швидкість перенесення його через мембрану стає постійною.

Полегшена дифузія забезпечується переносниками, пов'язані з молекулами, утворюючи єдині комплекси. Властивість насичення пов'язане із залученням у процес перенесення всіх молекул переносника. Для здійснення полегшеної дифузії необхідно знижувати концентрацію речовини, що переноситься всередині клітини. Це досягається включенням переносимих молекул у внутрішньоклітинні процеси. Наприклад, надходження в клітину за рахунок полегшеної дифузії молекули глюкози, відразу перетворюється на глікоген, отже, концентрація молекул глюкози всередині клітини стає рівною 0, отже, встановлюється максимальний градієнт концентрації, а швидкість дифузії буде визначатися числом переносників, що беруть участь у дифузії. Полегшена дифузія на відміну інших видів пасивного транспорту вимагає додаткової енергії, яка витрачається створення технічного градієнта для переносника. Основна відмінність полегшеної дифузії від систем активного транспорту-додаткова вільна енергія не використовується для зміни самого переносника.