Русская Википедия:Мембранный транспорт
Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов — простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.
Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в её способности пропускать в клетку и из неё различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция клеточной мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, то есть способности пропускать одни вещества и не пропускать другие.
Транспорт сквозь липидный бислой (простая диффузия) и транспорт при участии мембранных белков
Легче всего проходят через липидный бислой неполярные молекулы с малой молекулярной массой (кислород, азот, бензол). Достаточно быстро проникают сквозь липидный бислой такие мелкие полярные молекулы, как углекислый газ, оксид азота, вода, мочевина. С заметной скоростью проходят через липидный бислой этанол и глицерин, а также стероиды и тиреоидные гормоны. Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутренняя часть гидрофобна. Так, для воды коэффициент проницаемости (см/с) составляет около 10−2, для глицерина — 10−5, для глюкозы — 10−7, а для одновалентных ионов — меньше 10−10.
Перенос крупных полярных молекул и ионов происходит благодаря белкам-каналам или белкам-переносчикам[1]. Так, в мембранах клеток существуют каналы для ионов натрия, калия и хлора, в мембранах многих клеток — водные каналы аквапорины, а также белки-переносчики для глюкозы, разных групп аминокислот и многих ионов.
Активный и пассивный транспорт
Пассивный транспорт — транспорт веществ по градиенту концентрации, не требующий затрат энергии. Пассивно происходит транспорт гидрофобных веществ сквозь липидный бислой. Пассивно пропускают через себя вещества все белки-каналы и некоторые переносчики. Пассивный транспорт с участием мембранных белков называют облегченной диффузией.
Другие белки-переносчики (их иногда называют белки-насосы) переносят через мембрану вещества с затратами энергии, которая обычно поставляется при гидролизе АТФ. Этот вид транспорта осуществляется против градиента концентрации переносимого вещества и называется активным транспортом.
Симпорт, антипорт и унипорт
Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ:
- 1) Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента
- 2) Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик.
- 3) Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик.
Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия.
Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередь, создается за счет гидролиза АТФ натрий-калиевой АТФ-азой.
Антипорт осуществляет, например, натрий-калиевая АТФаза (или натрий-зависимая АТФаза). Она переносит в клетку ионы калия. а из клетки — ионы натрия.
Работа натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта
Первоначально этот переносчик присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона <math>Na^+</math> . Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФазы. После такой активации АТФаза способна гидролизовать одну молекулу АТФ, причем фосфат-ион фиксируется на поверхности переносчика с внутренней стороны мембраны.
Выделившаяся энергия расходуется на изменение конформации АТФазы, после чего три иона <math>Na^+</math> и ион <math>PO_4^{3-} </math> (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы <math>Na^+</math> отщепляются, а <math>PO_4^{3-}</math> замещается на два иона <math>K^+</math> . Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы <math>K^+</math> оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы <math>K^+</math> отщепляются, и переносчик вновь готов к работе.
Более кратко действия АТФазы можно описать так:
- 1) Она изнутри клетки «забирает» три иона <math>Na^+</math> ,затем расщепляет молекулу АТФ и присоединяет к себе фосфат
- 2) «Выбрасывает» ионы <math>Na^+</math> во внешнюю среду и присоединяет оттуда два иона <math>K^+</math>.
- 3) Отсоединяет фосфат, два иона <math>K^+</math> выбрасывает внутрь клетки
В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов <math>Na^+</math> , а внутри клетки — высокая концентрация <math>K^+</math>. Работа <math>Na^+</math>, <math>K^+</math> — АТФазы создает не только разность концентраций, но и разность зарядов (она работает как электрогенный насос). На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней — отрицательный.
См. также
- Клеточные мембраны
- Биопотенциал
- Ионные каналы
- Натрий-калиевый насос
- Шаблон:Iw
- Протонный насос
- Деполяризация
- Деполяризующие миорелаксанты
- Нефрон
- Нервный импульс
- Синапс
Примечания
Литература
- Шаблон:БМЭ3
- Шаблон:БРЭ
- Шаблон:БРЭ
- Шаблон:БРЭ
- Шаблон:БРЭ
- Шаблон:БМЭ3
- Шаблон:БМЭ3
- Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. D. Molecular Biology of the Cell / 2-nd edition // New York, London: Garland Publishing, Inc., 1989. ISBN 0-8240-3965-6. (Молекулярная биология клетки / В переводе на рус., в 3-х томах, 2-е изд., перераб. и доп. Под ред. Г. П. Георгиева, Ю. С. Ченцова // М.: Мир. ISBN 5-03-001985-5. Том 1: 1994. — 517 с., ил., ISBN 5-03-001985-5. Том 2: 1993. — 539 с., ил., ISBN 5-03-001987-1. Том 3: 1994. — 504 с., ил., ISBN 5-03-001985-5).
- Gennis R. B. Biomembranes. Molecular Structure and Function // Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer-Verlag New York Inc., 1989. ISBN 0-387-96760-5. (Биомембраны: Молекулярная структура и функции / В переводе на рус. Л. И. Барсуковой, А. Я. Мулкиджаняна, А. Л. Семейкиной, В. Д. Следя // М.: Мир, 1997. — 624 с., ил. ISBN 5-03-002419-0).
- А. О. Рувинский и др. Общая биология. Учебник для 10-11 классов с углубленным изучением биологии. М., Просвещение, 1993.
Ссылки
- ↑ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ Шаблон:Wayback — www.biochemistry.ru
