Aktywny transport substancji przez błonę. Rodzaje aktywnego transportu substancji przez błonę

W błonie występują 2 rodzaje wyspecjalizowanych integralnych układów białkowych, które zapewniają transport jonów przez błonę komórkową: pompy jonowe I kanały jonowe. Oznacza to, że istnieją 2 podstawowe rodzaje transportu jonów przez membranę: pasywny i aktywny.

Pompy jonowe i transbłonowe gradienty jonowe

Pompy jonowe (pompy)– białka integralne, które zapewniają aktywny transport jonów wbrew gradientowi stężeń. Energią transportu jest energia hydrolizy ATP. Wyróżnia się pompę Na+ / K+ (wypompowuje Na+ z ogniwa w zamian za K+), pompę Ca++ (wypompowuje Ca++ z ogniwa), pompę Cl– (wypompowuje Cl– z ogniwa).

W wyniku działania pomp jonowych powstają i utrzymują się transbłonowe gradienty jonowe:

• stężenie Na+, Ca++, Cl – wewnątrz komórki jest niższe niż na zewnątrz (w płynie międzykomórkowym);
• stężenie K+ wewnątrz komórki jest wyższe niż na zewnątrz.

Mechanizm działania pompy sodowo-potasowej. W jednym cyklu NCN transportuje 3 jony Na+ z komórki i 2 jony K+ do komórki. Wynika to z faktu, że integralna cząsteczka białka może znajdować się w 2 pozycjach. Cząsteczka białka tworząca kanał ma miejsce aktywne, które wiąże Na+ lub K+. W pozycji (konformacja) 1 jest zwrócona do wnętrza komórki i może przyjąć Na+. Aktywowany jest enzym ATPaza, rozkładający ATP do ADP. W rezultacie cząsteczka zmienia się do konformacji 2. W pozycji 2 jest zwrócona na zewnątrz komórki i może przyjąć K+. Następnie konformacja zmienia się ponownie i cykl się powtarza.

Kanały jonowe

Kanały jonowe– białka integralne, które zapewniają pasywny transport jonów wzdłuż gradientu stężeń. Energia transportu to różnica stężenia jonów po obu stronach membrany (gradient jonów transbłonowych).

Kanały nieselektywne mają następujące właściwości:

• Przepuszczają wszystkie rodzaje jonów, ale przepuszczalność jonów K+ jest znacznie wyższa niż innych jonów;
• są zawsze otwarte.

Kanały selektywne mają następujące właściwości:

• przechodzi tylko jeden rodzaj jonów; dla każdego typu jonu istnieje własny typ kanału;
• może znajdować się w jednym z 3 stanów: zamknięty, aktywny, nieaktywny.

Zapewniona jest selektywna przepuszczalność kanału selektywnego filtr selektywny, który tworzy pierścień ujemnie naładowanych atomów tlenu, który znajduje się w najwęższym miejscu kanału.

Zmianę stanu kanału zapewnia operacja mechanizm bramy, który jest reprezentowany przez dwie cząsteczki białka. Te cząsteczki białka, tzw. bramka aktywacyjna i bramka inaktywacyjna, zmieniając swoją konformację, mogą blokować kanał jonowy.

W stanie spoczynku bramka aktywacyjna jest zamknięta, bramka inaktywacyjna jest otwarta (kanał jest zamknięty). Kiedy sygnał oddziałuje na system bramki, bramka aktywacyjna otwiera się i rozpoczyna się transport jonów przez kanał (kanał jest aktywowany). Przy znacznej depolaryzacji błony komórkowej bramka inaktywacyjna zamyka się i transport jonów zatrzymuje się (kanał zostaje inaktywowany). Po przywróceniu poziomu potencjału spoczynkowego kanał powraca do stanu pierwotnego (zamkniętego).

W zależności od sygnału powodującego otwarcie bramki aktywacyjnej, selektywne kanały jonowe dzielą się na:

• kanały chemiowrażliwe– sygnałem do otwarcia bramki aktywacyjnej jest zmiana konformacji białka receptorowego związanego z kanałem w wyniku przyłączenia do niego liganda;
• potencjalnie wrażliwe kanały– sygnałem do otwarcia bramki aktywacyjnej jest spadek potencjału spoczynkowego (depolaryzacji) błony komórkowej do pewnego poziomu, co nazywa się krytyczny poziom depolaryzacji(KUD).

BIOFIZYKA TRANSPORTU SUBSTANCJI PRZEZ BŁONĘ.

Pytania testowe

1. Jakie obiekty obejmuje infrastruktura kompleksu transportu samochodowego?

2. Wymień główne składniki zanieczyszczeń środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

3. Podaj główne przyczyny powstawania zanieczyszczeń środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

4. Wymieniać źródła, opisywać mechanizmy powstawania i charakteryzować skład zanieczyszczeń powietrza ze stref przemysłowych i obszarów przedsiębiorstw transportu drogowego.

5. Podaj klasyfikację ścieków z przedsiębiorstw transportu drogowego.

6. Wymienić i scharakteryzować główne zanieczyszczenia ścieków pochodzących z przedsiębiorstw transportu drogowego.

7. Opisz problem odpadów przemysłowych pochodzących z przedsiębiorstw transportu drogowego.

8. Scharakteryzować rozkład masy emisji szkodliwych substancji i odpadów ATK według ich rodzajów.

9. Analizować udział obiektów infrastruktury ATK w zanieczyszczeniu środowiska.

10. Jakie rodzaje norm tworzą system norm środowiskowych. Opisz każdy z tych typów standardów.

1. Bondarenko E.V. Bezpieczeństwo ekologiczne transportu drogowego: podręcznik dla uniwersytetów / E.V. Bondarenko, A.N. Nowikow, A.A. Filippow, O.V. Chekmareva, V.V. Wasilijewa, M.V. Korotkov // Orel: Państwowy Uniwersytet Techniczny w Orle, 2010. – 254 s. 2. Bondarenko E.V. Ekologia transportu drogowego: [Tekst]: podręcznik. zasiłek / E.V. Bondarenko, G.P. Dvornikov Orenburg: RIK GOU OSU, 2004. – 113 s. 3. Kaganov I.L. Poradnik dotyczący warunków sanitarnych i higieny w przedsiębiorstwach transportu samochodowego. [Tekst] / I.L. Kaganov, V.D. Moroshek Mn.: Białoruś, 1991. – 287 s. 4. Kartoshkin A.P. Koncepcja zbiórki i przetwarzania zużytych olejów smarowych / A.P. Kartoshkin // Chemia i technologia paliw i olejów, 2003. - nr 4. – s. 3 – 5. 5. Lukanin V.N. Ekologia przemysłowa i transportowa [Tekst] / V.N. Lukanin, Yu.V. Trofimenko M.: Wyżej. szkoła, 2001. - 273 s. 6. Rosyjska encyklopedia transportu samochodowego. Eksploatacja techniczna, konserwacja i naprawa pojazdów. – T.3. – M.: RBOOIP „Prosveshcheniye”, 2001. – 456 s.

Komórka jest systemem otwartym, który w sposób ciągły wymienia materię i energię z otoczeniem. Transport substancji przez błony biologiczne jest warunkiem niezbędnym do życia. Procesy metaboliczne komórek, procesy bioenergetyczne, tworzenie biopotencjałów, wytwarzanie impulsu nerwowego itp. Są związane z przenoszeniem substancji przez błony. Naruszenie transportu substancji przez błony biologiczne prowadzi do różnych patologii. Leczenie często polega na przenikaniu leków przez błony komórkowe. Błona komórkowa stanowi selektywną barierę dla różnych substancji znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz komórki. Istnieją dwa rodzaje transportu przez błonę: transport pasywny i aktywny.

Wszystko Rodzaje transportu pasywnego w oparciu o zasadę dyfuzji. Dyfuzja jest wynikiem chaotycznych, niezależnych ruchów wielu cząstek. Dyfuzja stopniowo zmniejsza gradient stężeń, aż do osiągnięcia stanu równowagi. W takim przypadku w każdym punkcie zostanie ustalone równe stężenie, a dyfuzja w obu kierunkach będzie zachodzić jednakowo. Dyfuzja jest transportem pasywnym, ponieważ nie wymaga energii zewnętrznej. Istnieje kilka rodzajów dyfuzji w błonie komórkowej:

1 ) Darmowa dyfuzja.

BIOFIZYKA TRANSPORTU SUBSTANCJI PRZEZ BŁONĘ.

Pytania testowe

1. Jakie obiekty obejmuje infrastruktura kompleksu transportu samochodowego?

2. Wymień główne składniki zanieczyszczeń środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

3. Podaj główne przyczyny powstawania zanieczyszczeń środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

4. Wymieniać źródła, opisywać mechanizmy powstawania i charakteryzować skład zanieczyszczeń powietrza ze stref przemysłowych i obszarów przedsiębiorstw transportu drogowego.

5. Podaj klasyfikację ścieków z przedsiębiorstw transportu drogowego.

6. Wymienić i scharakteryzować główne zanieczyszczenia ścieków pochodzących z przedsiębiorstw transportu drogowego.

7. Opisz problem odpadów przemysłowych pochodzących z przedsiębiorstw transportu drogowego.

8. Scharakteryzować rozkład masy emisji szkodliwych substancji i odpadów ATK według ich rodzajów.

9. Analizować udział obiektów infrastruktury ATK w zanieczyszczeniu środowiska.

10. Jakie rodzaje norm tworzą system norm środowiskowych. Opisz każdy z tych typów standardów.

1. Bondarenko E.V. Bezpieczeństwo ekologiczne transportu drogowego: podręcznik dla uniwersytetów / E.V. Bondarenko, A.N. Nowikow, A.A. Filippow, O.V. Chekmareva, V.V. Wasilijewa, M.V. Korotkov // Orel: Państwowy Uniwersytet Techniczny w Orle, 2010. – 254 s. 2. Bondarenko E.V. Ekologia transportu drogowego: [Tekst]: podręcznik. zasiłek / E.V. Bondarenko, G.P. Dvornikov Orenburg: RIK GOU OSU, 2004. – 113 s. 3. Kaganov I.L. Poradnik dotyczący warunków sanitarnych i higieny w przedsiębiorstwach transportu samochodowego. [Tekst] / I.L. Kaganov, V.D. Moroshek Mn.: Białoruś, 1991. – 287 s. 4. Kartoshkin A.P. Koncepcja zbiórki i przetwarzania zużytych olejów smarowych / A.P. Kartoshkin // Chemia i technologia paliw i olejów, 2003. - nr 4. – s. 3 – 5. 5. Lukanin V.N. Ekologia przemysłowa i transportowa [Tekst] / V.N. Lukanin, Yu.V. Trofimenko M.: Wyżej. szkoła, 2001. - 273 s. 6. Rosyjska encyklopedia transportu samochodowego. Eksploatacja techniczna, konserwacja i naprawa pojazdów. – T.3. – M.: RBOOIP „Prosveshcheniye”, 2001. – 456 s.

Komórka jest systemem otwartym, który w sposób ciągły wymienia materię i energię z otoczeniem. Transport substancji przez błony biologiczne jest warunkiem niezbędnym do życia. Procesy metaboliczne komórek, procesy bioenergetyczne, tworzenie biopotencjałów, wytwarzanie impulsu nerwowego itp. Są związane z przenoszeniem substancji przez błony. Naruszenie transportu substancji przez błony biologiczne prowadzi do różnych patologii. Leczenie często polega na przenikaniu leków przez błony komórkowe. Błona komórkowa stanowi selektywną barierę dla różnych substancji znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz komórki. Istnieją dwa rodzaje transportu przez błonę: transport pasywny i aktywny.

Wszystko Rodzaje transportu pasywnego w oparciu o zasadę dyfuzji. Dyfuzja jest wynikiem chaotycznych, niezależnych ruchów wielu cząstek. Dyfuzja stopniowo zmniejsza gradient stężeń, aż do osiągnięcia stanu równowagi. W takim przypadku w każdym punkcie zostanie ustalone równe stężenie, a dyfuzja w obu kierunkach będzie zachodzić jednakowo. Dyfuzja jest transportem pasywnym, ponieważ nie wymaga energii zewnętrznej. Istnieje kilka rodzajów dyfuzji w błonie komórkowej:

1 ) Darmowa dyfuzja.

123456Następny ⇒

Przeczytaj także:

Wideo: Transport w komórkach Dyfuzja i osmoza, część 1 Transport w komórkach: Dyfuzja i osmoza, część 1

Dyfuzja przez błonę komórkową dzielą się na dwa podtypy: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną. Prosta dyfuzja oznacza, że ​​ruch kinetyczny cząsteczek lub jonów zachodzi przez dziurę w błonie lub przestrzenie międzycząsteczkowe bez jakiejkolwiek interakcji z białkami nośnikowymi błony. Szybkość dyfuzji zależy od ilości substancji, szybkości ruchu kinetycznego oraz liczby i wielkości otworów w membranie, przez które mogą przemieszczać się cząsteczki lub jony.

Wideo: Transport substancji w organizmie

Ułatwiona dyfuzja wymaga interakcji z białkiem nośnikowym, które ułatwia transport cząsteczek lub jonów poprzez chemiczne wiązanie się z nimi i w tej formie przepływanie przez błonę.

Prosta dyfuzja może przenikać przez błonę komórkową na dwa sposoby: (1) przez przestrzenie międzycząsteczkowe dwuwarstwy lipidowej, jeśli substancja dyfuzyjna jest rozpuszczalna w tłuszczach; (2) przez kanały wypełnione wodą, które przenikają przez niektóre duże białka transportowe, jak pokazano na ryc.

Transport substancji przez membranę. Aktywny i pasywny transport substancji przez błonę

Dyfuzja substancji rozpuszczalnych w tłuszczach przez dwuwarstwę lipidową. Jednym z najważniejszych czynników determinujących szybkość dyfuzji substancji przez dwuwarstwę lipidową jest jej rozpuszczalność w lipidach. Na przykład tlen, azot, dwutlenek węgla i alkohole mają wyższą rozpuszczalność w lipidach, dzięki czemu mogą bezpośrednio rozpuszczać się w dwuwarstwie lipidowej i dyfundować przez błonę komórkową w taki sam sposób, jak substancje rozpuszczalne w wodzie dyfundują w roztworach wodnych. Jest oczywiste, że stopień dyfuzji każdej z tych substancji jest wprost proporcjonalny do ich rozpuszczalności w lipidach. W ten sposób można transportować bardzo duże ilości tlenu. W ten sposób tlen może zostać dostarczony do komórek niemal tak szybko, jak gdyby błona komórkowa nie istniała.

Dyfuzja wody i innych substancji nierozpuszczalnych w tłuszczach cząsteczki przez kanały białkowe. Pomimo tego, że woda w ogóle nie rozpuszcza się w lipidach błony, z łatwością przechodzi przez kanały w cząsteczkach białka, które przenikają przez błonę. Szybkość, z jaką cząsteczki wody mogą przemieszczać się przez większość błon komórkowych, jest niesamowita. Na przykład całkowita ilość wody dyfundująca w dowolnym kierunku przez błonę czerwonej krwinki na sekundę jest około 100 razy większa od objętości samej komórki.

Za pośrednictwem przedstawionych kanałów pory białkowe, inne cząsteczki nierozpuszczalne w lipidach mogą przejść, jeśli są rozpuszczalne w wodzie i wystarczająco małe. Jednak zwiększenie rozmiaru takich cząsteczek szybko zmniejsza ich zdolność penetracji. Na przykład zdolność mocznika do przenikania przez membranę jest około 1000 razy mniejsza niż woda, chociaż średnica cząsteczki mocznika jest tylko o 20% większa niż średnica cząsteczki wody. Jednak biorąc pod uwagę niesamowitą prędkość przenikania wody, przepuszczalność mocznika zapewnia jego szybki transport przez membranę w ciągu kilku minut.

Dyfuzja przez kanały białkowe

Komputer trójwymiarowy rekonstrukcja kanałów białkowych wykazał obecność struktur rurowych, które przenikają przez błonę na wskroś - od płynu zewnątrzkomórkowego do płynu wewnątrzkomórkowego. Dlatego substancje mogą przemieszczać się tymi kanałami poprzez prostą dyfuzję z jednej strony membrany na drugą. Kanały białkowe wyróżniają się dwiema ważnymi cechami: (1) często są selektywnie przepuszczalne dla pewnych substancji (2) wiele kanałów można otwierać lub zamykać za pomocą bramek.

Wideo: Potencjały błonowe – część 1

Wyborczy przepuszczalność kanałów białkowych. Wiele kanałów białkowych jest wysoce selektywnych w transporcie jednego lub większej liczby określonych jonów lub cząsteczek. Wynika to z charakterystyki kanału (średnicy i kształtu), a także charakteru ładunków elektrycznych i wiązań chemicznych otaczających go powierzchni. Przykładowo jeden z najważniejszych kanałów białkowych – tzw. kanał sodowy – ma średnicę od 0,3 do 0,5 nm, ale co ważniejsze, wewnętrzne powierzchnie tego kanału są silnie naładowane ujemnie. Te ładunki ujemne mogą przyciągać małe, odwodnione jony sodu do kanałów, zasadniczo odciągając je od otaczających je cząsteczek wody. Po wejściu do kanału jony sodu dyfundują w dowolnym kierunku, zgodnie ze zwykłymi zasadami dyfuzji. Pod tym względem kanał sodowy jest szczególnie selektywny pod względem przewodzenia jonów sodu.

Kanały te są nieco mniejsze niż kanały sodowe kanały, ich średnica wynosi tylko około 0,3 nm, ale nie są naładowane ujemnie i mają różne wiązania chemiczne. W rezultacie nie ma wyraźnej siły wciągającej jony do kanału, a jony potasu nie są uwalniane z ich wodnej otoczki. Uwodniona postać jonu potasu jest znacznie mniejsza niż uwodniona postać jonu sodu, ponieważ jon sodu przyciąga znacznie więcej cząsteczek wody niż jon potasu. W rezultacie mniejsze uwodnione jony potasu mogą z łatwością przejść przez ten wąski kanał, podczas gdy większe uwodnione jony sodu są „odsunięte”, co umożliwia selektywną przepuszczalność określonego jonu.

Źródło: http://meduniver.com
Uwaga, tylko DZIŚ!

Transport substancji: mechanizmy przenikania substancji do wnętrza komórki

Transport pasywny

Ruch substancji (jonów lub małych cząsteczek) wzdłuż gradientu stężeń. Odbywa się to bez zużycia energii poprzez dyfuzję prostą, osmozę lub dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych.

Transport aktywny

Transport substancji (jonów lub małych cząsteczek) przy użyciu białek nośnikowych wbrew gradientowi stężeń. Przeprowadzono kosztem ATP.

Endocytoza

Wchłanianie substancji (dużych cząstek lub makrocząsteczek) poprzez otaczanie ich wyrostkami błony cytoplazmatycznej z utworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną.

Egzocytoza

Uwolnienie substancji (dużych cząstek lub makrocząsteczek) z komórki poprzez otoczenie ich wyrostkami błony cytoplazmatycznej z utworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną.

Fagocytoza i odwrotna fagocytoza

Absorpcja i uwalnianie cząstek stałych i dużych. Charakterystyka komórek zwierzęcych i ludzkich.

Pinocytoza i pinocytoza odwrotna

Absorpcja i uwalnianie cieczy i rozpuszczonych cząstek. Charakterystyka komórek roślinnych i zwierzęcych.

Kirilenko A. A. Biologia.

TRANSPORT SUBSTANCJI PRZEZ MEMBRANĘ

Ujednolicony egzamin państwowy. Sekcja „Biologia molekularna”. Teoria, zadania szkoleniowe. 2017.

Natura chemiczna transportowana substancja i jej stężenia od rozmiarów

Transport pasywny

Przez prosta dyfuzja osmoza.

ułatwiona dyfuzja.

białka nośnikowe I białka kanałowe. Białko nośnikowe

Białka kanałowe

"bramy", które otwierają się na chwilę i następnie zamykają.

W zależności od charakteru kanału bramka może się otworzyć w odpowiedzi na związanie cząsteczek sygnalizacyjnych (kanały bramkowe zależne od ligandu), zmianę potencjału błony (kanały bramkowe zależne od napięcia) lub stymulację mechaniczną.

Transport aktywny

pompa sodowo-potasowa

Pompę tworzą specyficzne białka enzymatyczne trifosfatazy adenozyny wbudowane w błony biologiczne, które katalizują odszczepienie reszt kwasu fosforowego od cząsteczki ATP.

ATPazy obejmują: centrum enzymatyczne, kanał jonowy oraz elementy strukturalne, które zapobiegają wstecznemu wyciekowi jonów podczas pracy pompy. Ponad 1/3 ATP zużywanego przez komórkę jest zużywana na działanie pompy sodowo-potasowej.

Uniport - współporterzy, Lub stowarzyszeni przewoźnicy. simporta antyport - w przeciwnych kierunkach. Na przykład pompa sodowo-potasowa działa zgodnie z zasadą antyportu, aktywnie pompując jony Na + z ogniw i jony K + do komórek wbrew ich gradientom elektrochemicznym. Przykładem symportu jest ponowne wchłanianie glukozy i aminokwasów z moczu pierwotnego przez komórki kanalików nerkowych. W moczu pierwotnym stężenie Na + jest zawsze znacznie wyższe niż w cytoplazmie komórek kanalików nerkowych, co zapewnia działanie pompy sodowo-potasowej. Wiązanie glukozy pierwotnej w moczu ze sprzężonym białkiem nośnikowym otwiera kanał Na+, czemu towarzyszy transfer jonów Na+ z moczu pierwotnego do komórki wzdłuż gradientu ich stężeń, czyli poprzez transport bierny. Z kolei przepływ jonów Na+ powoduje zmiany w konformacji białka nośnikowego, co skutkuje transportem glukozy w tym samym kierunku, co jony Na+: z moczu pierwotnego do komórki.

W tym przypadku do transportu glukozy, jak widać, transporter koniugatu wykorzystuje energię gradientu jonów Na+ powstałego w wyniku działania pompy sodowo-potasowej. Tym samym praca pompy sodowo-potasowej i związanego z nią transportera, który wykorzystuje gradient jonów Na+ do transportu glukozy, umożliwia ponowne wchłonięcie niemal całej glukozy z moczu pierwotnego i włączenie jej w ogólny metabolizm organizmu.

Jak wspomniano powyżej, podczas pracy pompy sodowo-potasowej na każde dwa jony potasu wchłonięte przez komórkę, usuwane są z niej trzy jony sodu. W efekcie na zewnątrz komórek powstaje nadmiar jonów Na+, a wewnątrz komórek nadmiar jonów K+. Jednak jeszcze bardziej znaczący udział w tworzeniu potencjału transbłonowego mają kanały potasowe, które w komórkach w stanie spoczynku są zawsze otwarte. Z tego powodu jony K+ opuszczają komórkę zgodnie z gradientem stężeń do środowiska zewnątrzkomórkowego. W rezultacie pomiędzy obiema stronami membrany występuje różnica potencjałów od 20 do 100 mV. Błona plazmatyczna komórek pobudliwych (nerwowych, mięśniowych, wydzielniczych) wraz z kanałami K + zawiera liczne kanały Na +, które otwierają się na krótki czas, gdy na komórkę działają sygnały chemiczne, elektryczne lub inne. Otwarcie kanałów Na+ powoduje zmianę potencjału transbłonowego (depolaryzację błony) i specyficzną odpowiedź komórki na sygnał.

pompy elektrogeniczne.

charakteryzują się tym, że transportowane substancje na określonych etapach transportu znajdują się wewnątrz pęcherzyków błonowych, czyli są otoczone błoną.

22. Transport substancji przez membranę. Transport aktywny i pasywny

W zależności od kierunku transportu substancji (do lub z komórki) transport w opakowaniach membranowych dzieli się na endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza

Fagocytoza -

pseudopodia, fagosom.

Pinocytoza

Graniczące jamy klatryna. obramowana bańka,

Egzocytoza

Egzocytoza konstytutywna

Regulowana egzocytoza

Podczas egzocytozy powstające w cytoplazmie pęcherzyki wydzielnicze kierowane są zwykle do wyspecjalizowanych obszarów aparatu powierzchniowego zawierających dużą liczbę białek fuzyjnych lub białek fuzyjnych. Kiedy białka fuzyjne błony komórkowej i pęcherzyka wydzielniczego oddziałują na siebie, powstaje por fuzyjny, łączący wnękę pęcherzyka ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym. W tym przypadku aktywowany jest układ aktomiozyny, w wyniku czego zawartość pęcherzyka wylewa się z niego na zewnątrz komórki. Zatem podczas indukowalnej egzocytozy energia jest potrzebna nie tylko do transportu pęcherzyków wydzielniczych do plazmalemy, ale także do procesu wydzielania.

Transcytoza, Lub rekreacja , -

Metody transportu substancji przez membranę.

Większość procesów życiowych, takich jak wchłanianie, wydalanie, przewodzenie impulsów nerwowych, skurcz mięśni, synteza ATP, utrzymanie stałego składu jonowego i zawartości wody, wiąże się z transportem substancji przez błony. Proces ten w układach biologicznych nazywa się transport . Wymiana substancji pomiędzy komórką a jej otoczeniem zachodzi stale. Mechanizmy transportu substancji do i z komórki zależą od wielkości transportowanych cząstek. Małe cząsteczki i jony są transportowane przez komórkę bezpośrednio przez błonę w formie transportu pasywnego i aktywnego.

Transport pasywny przeprowadza się bez wydatku energetycznego, zgodnie z gradientem stężeń poprzez prostą dyfuzję, filtrację, osmozę lub dyfuzję ułatwioną.

Dyfuzja – przenikanie substancji przez membranę zgodnie z gradientem stężeń (od obszaru, w którym ich stężenie jest wyższe do obszaru, w którym ich stężenie jest mniejsze); proces ten zachodzi bez zużycia energii ze względu na chaotyczny ruch cząsteczek. Transport rozproszony substancji (woda, jony) odbywa się przy udziale integralnych białek błonowych, które posiadają pory molekularne (kanały, przez które przechodzą rozpuszczone cząsteczki i jony) lub przy udziale fazy lipidowej (dla substancji rozpuszczalnych w tłuszczach) . Za pomocą dyfuzji do komórki przedostają się rozpuszczone cząsteczki tlenu i dwutlenku węgla, a także trucizny i leki.

Rodzaje transportu przez membranę: 1 – dyfuzja prosta; 2 – dyfuzja przez kanały membranowe; 3 – dyfuzja ułatwiona za pomocą białek nośnikowych; 4 – transport aktywny.

Ułatwiona dyfuzja. Transport substancji przez dwuwarstwę lipidową na drodze prostej dyfuzji zachodzi z małą prędkością, zwłaszcza w przypadku cząstek naładowanych, i jest prawie niekontrolowany. Dlatego w procesie ewolucji dla niektórych substancji pojawiły się specyficzne kanały błonowe i transportery błonowe, które pomagają zwiększyć szybkość transferu, a ponadto przeprowadzają selektywny transport.

Nazywa się transport bierny substancji za pomocą nośników ułatwiona dyfuzja. W membranę wbudowane są specjalne białka nośnikowe (permeaza). Permeazy selektywnie wiążą się z jednym lub drugim jonem lub cząsteczką i transportują je przez błonę. W tym przypadku cząstki poruszają się szybciej niż przy konwencjonalnej dyfuzji.

Osmoza – przedostawanie się wody do komórek z roztworu hipotonicznego.

Filtrowanie — wyciek substancji porowatych w kierunku niższych wartości ciśnienia. Przykładem filtracji w organizmie jest przenikanie wody przez ściany naczyń krwionośnych, wtłaczanie osocza krwi do kanalików nerkowych.

Ryż. Ruch kationów wzdłuż gradientu elektrochemicznego.

Transport aktywny. Gdyby w komórkach istniał tylko transport pasywny, wówczas stężenia, ciśnienia i inne wartości na zewnątrz i wewnątrz komórki byłyby równe. Istnieje zatem inny mechanizm, który działa w kierunku przeciwnym do gradientu elektrochemicznego i zachodzi wraz z wydatkowaniem energii przez ogniwo. Transport cząsteczek i jonów wbrew gradientowi elektrochemicznemu, przeprowadzany przez komórkę pod wpływem energii procesów metabolicznych, nazywany jest transportem aktywnym. Jest on nieodłączny tylko w błonach biologicznych. Aktywny transfer substancji przez błonę następuje dzięki darmowej energii uwalnianej podczas reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz komórki. Transport aktywny w organizmie tworzy gradienty stężeń, potencjałów elektrycznych, ciśnień, tj. podtrzymuje życie w organizmie.

Transport aktywny polega na przemieszczaniu substancji wbrew gradientowi stężeń za pomocą białek transportowych (poryny, ATPazy itp.), tworząc pompy membranowe, przy wydatku energii ATP (pompa potasowo-sodowa, regulacja stężenia jonów wapnia i magnezu w komórkach, podaż monosacharydów, nukleotydów, aminokwasów). Zbadano 3 główne systemy transportu aktywnego, które zapewniają przenoszenie jonów Na, K, Ca, H przez błonę.

Mechanizm. Jony K+ i Na+ są nierównomiernie rozmieszczone po różnych stronach membrany: stężenie Na+ na zewnątrz > jonów K+, a wewnątrz komórki K+ > Na+. Jony te dyfundują przez membranę w kierunku gradientu elektrochemicznego, co prowadzi do jego wyrównania. Pompy Na-K wchodzą w skład błon cytoplazmatycznych i działają dzięki energii hydrolizy cząsteczek ATP z utworzeniem cząsteczek ADP i nieorganicznego fosforanu F n: ATP=ADP+P n. Pompa działa odwracalnie: gradienty stężeń jonów sprzyjają syntezie cząsteczek ATP z cząsteczek ADP i Phn: ADP + Phn = ATP.

Pompa Na+/K+ jest białkiem transbłonowym zdolnym do zmian konformacyjnych, w wyniku czego może przyłączać zarówno „K+”, jak i „Na+”.

Transport membranowy

W jednym cyklu pracy pompa usuwa z komórki trzy „Na+” i wprowadza dwa „K+” dzięki energii cząsteczki ATP. Prawie jedna trzecia całej energii potrzebnej do funkcjonowania komórki zużywana jest na pracę pompy sodowo-potasowej.

Nie tylko pojedyncze cząsteczki, ale także ciała stałe ( fagocytoza), rozwiązania ( pinocytoza). Fagocytoza – wychwytywanie i pochłanianie dużych cząstek(komórki, części komórek, makrocząsteczki) i pinocytoza – wychwytywanie i wchłanianie ciekłego materiału(roztwór, roztwór koloidalny, zawiesina). Powstałe wakuole pinocytotyczne mają wielkość od 0,01 do 1-2 µm. Następnie wakuola zanurza się w cytoplazmie i oddziela się. W tym przypadku ściana wakuoli pinocytotycznej całkowicie zachowuje strukturę błony komórkowej, która ją spowodowała.

Jeżeli substancja jest transportowana do komórki, wówczas nazywa się ten rodzaj transportu endocytoza ( przenieść do komórki przez bezpośredni pinot lub fagocytozę), jeśli nie, to – egzocytoza ( transfer z komórki poprzez odwrotny pinot lub fagocytozę). W pierwszym przypadku na zewnętrznej stronie membrany tworzy się wgłębienie, które stopniowo zamienia się w pęcherzyk. Pęcherzyk oddziela się od błony wewnątrz komórki. Taki pęcherzyk zawiera transportowaną substancję, otoczony błoną bilipidową (pęcherzykiem). Następnie pęcherzyk łączy się z jakąś organellą komórkową i uwalnia do niej swoją zawartość. W przypadku egzocytozy proces przebiega w odwrotnej kolejności: pęcherzyk zbliża się do błony od wnętrza komórki, łączy się z nią i uwalnia swoją zawartość do przestrzeni międzykomórkowej.

Pinocytoza i fagocytoza to zasadniczo podobne procesy, w których można wyróżnić cztery fazy: wejście substancji poprzez pinocytozę lub fagocytozę, ich rozkład pod działaniem enzymów wydzielanych przez lizosomy, przeniesienie produktów rozkładu do cytoplazmy (w wyniku zmian przepuszczalności błon wakuoli) i uwalnianie produktów przemiany materii na zewnątrz. Wiele pierwotniaków i niektóre leukocyty są zdolne do fagocytozy. Pinocytozę obserwuje się w komórkach nabłonka jelit i śródbłonku naczyń włosowatych.

Poprzedni12345678Następny

ZOBACZ WIĘCEJ:

Transport substancji przez błonę plazmatyczną

Funkcja transportu barierowego aparatu powierzchniowego komórki jest zapewniona poprzez selektywny transfer jonów, cząsteczek i struktur supramolekularnych do i z komórki. Transport przez błony zapewnia dostarczanie składników odżywczych i usuwanie końcowych produktów przemiany materii z komórki, wydzielanie, tworzenie gradientów jonowych i potencjału transbłonowego, utrzymanie wymaganych wartości pH w komórce itp.

Mechanizmy transportu substancji do i z komórki zależą od Natura chemiczna transportowana substancja i jej stężenia po obu stronach błony komórkowej, a także od rozmiarów transportowane cząstki. Małe cząsteczki i jony są transportowane przez błonę na drodze transportu pasywnego lub aktywnego. Przenoszenie makrocząsteczek i dużych cząstek odbywa się poprzez transport w „opakowaniach membranowych”, czyli poprzez tworzenie się pęcherzyków otoczonych membraną.

Transport pasywny nazywa się przenoszeniem substancji przez membranę wzdłuż gradientu stężeń bez zużycia energii. Transport taki odbywa się poprzez dwa główne mechanizmy: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną.

Przez prosta dyfuzja transportowane są małe cząsteczki polarne i niepolarne, kwasy tłuszczowe i inne hydrofobowe substancje organiczne o niskiej masie cząsteczkowej. Nazywa się transport cząsteczek wody przez membranę na drodze biernej dyfuzji osmoza. Przykładem prostej dyfuzji jest transport gazów przez błonę plazmatyczną komórek śródbłonka naczyń włosowatych do otaczającego płynu tkankowego i z powrotem.

Cząsteczki i jony hydrofilowe, które nie są w stanie samodzielnie przejść przez błonę, transportowane są za pomocą specyficznych białek transportujących przez błonę. Ten mechanizm transportu nazywa się ułatwiona dyfuzja.

Istnieją dwie główne klasy białek transportujących błonę: białka nośnikowe I białka kanałowe. Cząsteczki transportowanej substancji, wiążące się z Białko nośnikowe powodują zmiany konformacyjne, co skutkuje przeniesieniem tych cząsteczek przez błonę. Dyfuzja ułatwiona jest wysoce selektywna w stosunku do transportowanych substancji.

Białka kanałowe tworzą wypełnione wodą pory, które wnikają w dwuwarstwę lipidową. Kiedy pory te są otwarte, jony nieorganiczne lub cząsteczki transportowe przechodzą przez nie i w ten sposób są transportowane przez membranę. Kanały jonowe transportują około 106 jonów na sekundę, co stanowi ponad 100-krotność szybkości transportu realizowanego przez białka nośnikowe.

Większość białek kanałowych ma "bramy", które otwierają się na chwilę i następnie zamykają. W zależności od charakteru kanału bramka może się otworzyć w odpowiedzi na związanie cząsteczek sygnalizacyjnych (kanały bramkowe zależne od ligandu), zmianę potencjału błony (kanały bramkowe zależne od napięcia) lub stymulację mechaniczną.

Transport aktywny nazywa się transportem substancji przez membranę wbrew gradientom stężeń. Odbywa się za pomocą białek nośnikowych i wymaga energii, której głównym źródłem jest ATP.

Przykładem transportu aktywnego wykorzystującego energię hydrolizy ATP do pompowania jonów Na+ i K+ przez błonę komórkową jest praca pompa sodowo-potasowa, zapewniając wytworzenie potencjału błonowego na błonie komórkowej komórek.

Pompę tworzą specyficzne białka enzymatyczne trifosfatazy adenozyny wbudowane w błony biologiczne, które katalizują odszczepienie reszt kwasu fosforowego od cząsteczki ATP. ATPazy obejmują: centrum enzymatyczne, kanał jonowy oraz elementy strukturalne, które zapobiegają wstecznemu wyciekowi jonów podczas pracy pompy. Ponad 1/3 ATP zużywanego przez komórkę jest zużywana na działanie pompy sodowo-potasowej.

W zależności od zdolności białek transportowych do transportu jednego lub więcej rodzajów cząsteczek i jonów, transport pasywny i aktywny dzieli się na transport jednoportowy i koportowy, czyli transport sprzężony.

Uniport - Jest to transport, w którym białko nośnikowe funkcjonuje tylko w odniesieniu do cząsteczek lub jonów jednego typu. W transporcie koportacyjnym, czyli transporcie sprzężonym, białko nośnikowe jest zdolne do jednoczesnego transportu dwóch lub więcej typów cząsteczek lub jonów. Te białka nośnikowe nazywane są współporterzy, Lub stowarzyszeni przewoźnicy. Istnieją dwa rodzaje coportu: simport i antiport. Gdy simporta cząsteczki lub jony są transportowane w jednym kierunku i kiedy antyport - w przeciwnych kierunkach. Na przykład pompa sodowo-potasowa działa zgodnie z zasadą antyportu, aktywnie pompując jony Na + z ogniw i jony K + do komórek wbrew ich gradientom elektrochemicznym.

Przykładem symportu jest ponowne wchłanianie glukozy i aminokwasów z moczu pierwotnego przez komórki kanalików nerkowych. W moczu pierwotnym stężenie Na + jest zawsze znacznie wyższe niż w cytoplazmie komórek kanalików nerkowych, co zapewnia działanie pompy sodowo-potasowej. Wiązanie glukozy pierwotnej w moczu ze sprzężonym białkiem nośnikowym otwiera kanał Na+, czemu towarzyszy transfer jonów Na+ z moczu pierwotnego do komórki wzdłuż gradientu ich stężeń, czyli poprzez transport bierny. Z kolei przepływ jonów Na+ powoduje zmiany w konformacji białka nośnikowego, co skutkuje transportem glukozy w tym samym kierunku, co jony Na+: z moczu pierwotnego do komórki. W tym przypadku do transportu glukozy, jak widać, transporter koniugatu wykorzystuje energię gradientu jonów Na+ powstałego w wyniku działania pompy sodowo-potasowej. Tym samym praca pompy sodowo-potasowej i związanego z nią transportera, który wykorzystuje gradient jonów Na+ do transportu glukozy, umożliwia ponowne wchłonięcie niemal całej glukozy z moczu pierwotnego i włączenie jej w ogólny metabolizm organizmu.

Dzięki selektywnemu transportowi naładowanych jonów plazmalema prawie wszystkich komórek niesie ładunki dodatnie po swojej zewnętrznej stronie i ładunki ujemne po wewnętrznej stronie cytoplazmatycznej. W rezultacie powstaje różnica potencjałów pomiędzy obiema stronami membrany.

Tworzenie potencjału transbłonowego odbywa się głównie dzięki pracy wbudowanych w plazmalemę systemów transportowych: pompy sodowo-potasowej oraz kanałów białkowych dla jonów K+.

Jak wspomniano powyżej, podczas pracy pompy sodowo-potasowej na każde dwa jony potasu wchłonięte przez komórkę, usuwane są z niej trzy jony sodu. W efekcie na zewnątrz komórek powstaje nadmiar jonów Na+, a wewnątrz komórek nadmiar jonów K+. Jednak jeszcze bardziej znaczący udział w tworzeniu potencjału transbłonowego mają kanały potasowe, które w komórkach w stanie spoczynku są zawsze otwarte. Z tego powodu jony K+ opuszczają komórkę zgodnie z gradientem stężeń do środowiska zewnątrzkomórkowego. W rezultacie pomiędzy obiema stronami membrany występuje różnica potencjałów od 20 do 100 mV. Błona plazmatyczna komórek pobudliwych (nerwowych, mięśniowych, wydzielniczych) wraz z kanałami K + zawiera liczne kanały Na +, które otwierają się na krótki czas, gdy na komórkę działają sygnały chemiczne, elektryczne lub inne.

Otwarcie kanałów Na+ powoduje zmianę potencjału transbłonowego (depolaryzację błony) i specyficzną odpowiedź komórki na sygnał.

Nazywa się białka transportowe, które generują różnice potencjałów przez błonę pompy elektrogeniczne. Pompa sodowo-potasowa pełni funkcję głównej pompy elektrogennej ogniw.

Transport w opakowaniach membranowych charakteryzują się tym, że transportowane substancje na określonych etapach transportu znajdują się wewnątrz pęcherzyków błonowych, czyli są otoczone błoną. W zależności od kierunku transportu substancji (do lub z komórki) transport w opakowaniach membranowych dzieli się na endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza to proces wchłaniania makrocząsteczek i większych cząstek (wirusów, bakterii, fragmentów komórek) przez komórkę. Endocytozę przeprowadza się na drodze fagocytozy i pinocytozy.

Fagocytoza - proces aktywnego wychwytywania i wchłaniania przez komórkę stałych mikrocząstek, których wielkość przekracza 1 mikron (bakterie, fragmenty komórek itp.). Podczas fagocytozy komórka za pomocą specjalnych receptorów rozpoznaje określone grupy molekularne fagocytowanej cząstki.

Następnie w miejscu kontaktu cząsteczki z błoną komórkową powstają narośla plazmalemy - pseudopodia, które otaczają mikrocząstkę ze wszystkich stron. W wyniku fuzji pseudopodiów cząsteczka taka zostaje zamknięta w pęcherzyku otoczonym błoną, tzw. fagosom. Tworzenie fagosomów jest procesem zależnym od energii i zachodzi przy udziale układu aktomiozyny. Fagosom zanurzając się w cytoplazmie może połączyć się z późnym endosomem lub lizosomem, w wyniku czego wchłonięta przez komórkę organiczną mikrocząstkę, na przykład komórkę bakteryjną, zostaje strawiona. U ludzi tylko kilka komórek jest zdolnych do fagocytozy: na przykład makrofagi tkanki łącznej i leukocyty krwi. Komórki te absorbują bakterie, a także różne cząstki stałe, które dostają się do organizmu, chroniąc go w ten sposób przed patogenami i obcymi cząsteczkami.

Pinocytoza- wchłanianie cieczy przez komórkę w postaci roztworów i zawiesin prawdziwych i koloidalnych. Proces ten jest ogólnie podobny do fagocytozy: kroplę cieczy zanurza się w powstałym zagłębieniu błony komórkowej, otacza ją i okazuje się, że jest zamknięta w pęcherzyku o średnicy 0,07-0,02 mikrona, zanurzonym w hialoplazmie komórka.

Mechanizm pinocytozy jest bardzo złożony. Proces ten zachodzi w wyspecjalizowanych obszarach aparatu powierzchniowego komórki, zwanych jamkami granicznymi, które zajmują około 2% powierzchni komórki. Graniczące jamy to małe wgłobienia plazmalemy, obok których znajduje się duża ilość białka w hialoplazmie obwodowej klatryna. W obszarze ograniczonych wgłębień na powierzchni komórek znajdują się również liczne receptory, które mogą specyficznie rozpoznawać i wiązać transportowane cząsteczki. Kiedy receptory wiążą te cząsteczki, następuje polimeryzacja klatryny i inwazja plazmalemmy. W rezultacie, obramowana bańka, przenoszące cząsteczki, które można przenosić. Pęcherzyki te mają swoją nazwę ze względu na fakt, że klatryna na ich powierzchni wygląda jak nierówna krawędź pod mikroskopem elektronowym. Po oddzieleniu się od plazmalemy pęcherzyki graniczne tracą klatrynę i nabywają zdolność łączenia się z innymi pęcherzykami. Procesy polimeryzacji i depolimeryzacji klatryny wymagają energii i są blokowane w przypadku braku ATP.

Pinocytoza, dzięki dużej koncentracji receptorów w graniczących jamkach, zapewnia selektywność i efektywność transportu określonych cząsteczek. Przykładowo stężenie cząsteczek transportowanych substancji w graniczących dołach jest 1000 razy wyższe niż ich stężenie w środowisku. Pinocytoza jest główną metodą transportu białek, lipidów i glikoprotein do wnętrza komórki. Poprzez pinocytozę komórka wchłania dziennie ilość płynu równą jej objętości.

Egzocytoza- proces usuwania substancji z komórki. Substancje przeznaczone do usunięcia z komórki zamyka się najpierw w pęcherzykach transportowych, których zewnętrzna powierzchnia jest zwykle pokryta białkiem klatryną, a następnie pęcherzyki te kierowane są do błony komórkowej. Tutaj błona pęcherzyków łączy się z plazmalemmą, a ich zawartość wylewa się na zewnątrz komórki lub, utrzymując kontakt z plazmalemmą, włącza się do glikokaliksu.

Istnieją dwa rodzaje egzocytozy: konstytutywna (podstawowa) i regulowana.

Egzocytoza konstytutywna zachodzi w sposób ciągły we wszystkich komórkach organizmu. Służy jako główny mechanizm usuwania produktów przemiany materii z komórki i ciągłej odbudowy błony komórkowej.

Regulowana egzocytoza przeprowadzane tylko w specjalnych komórkach pełniących funkcję wydzielniczą. Wydzielona wydzielina gromadzi się w pęcherzykach wydzielniczych, a egzocytoza następuje dopiero po otrzymaniu przez komórkę odpowiedniego sygnału chemicznego lub elektrycznego. Na przykład komórki β wysp Langerhansa trzustki uwalniają swoją wydzielinę do krwi dopiero wtedy, gdy wzrasta stężenie glukozy we krwi.

Podczas egzocytozy powstające w cytoplazmie pęcherzyki wydzielnicze kierowane są zwykle do wyspecjalizowanych obszarów aparatu powierzchniowego zawierających dużą liczbę białek fuzyjnych lub białek fuzyjnych. Kiedy białka fuzyjne błony komórkowej i pęcherzyka wydzielniczego oddziałują na siebie, powstaje por fuzyjny, łączący wnękę pęcherzyka ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym.

W tym przypadku aktywowany jest układ aktomiozyny, w wyniku czego zawartość pęcherzyka wylewa się z niego na zewnątrz komórki. Zatem podczas indukowalnej egzocytozy energia jest potrzebna nie tylko do transportu pęcherzyków wydzielniczych do plazmalemy, ale także do procesu wydzielania.

Transcytoza, Lub rekreacja , - Jest to transport, podczas którego poszczególne cząsteczki przenoszone są przez komórkę. Ten rodzaj transportu osiąga się poprzez połączenie endo- i egzocytozy. Przykładem transcytozy jest transport substancji przez komórki ścian naczyń włosowatych człowieka, który może zachodzić zarówno w jednym, jak i drugim kierunku.

Czasami konieczne jest, aby mieć to w środku stężenie substancji komórkowych był wysoki nawet przy niskich stężeniach w płynie zewnątrzkomórkowym (na przykład jonów potasu). I odwrotnie, ważne jest, aby utrzymać stężenie innych jonów wewnątrz komórki na niskim poziomie, pomimo ich wysokiego stężenia na zewnątrz komórki (na przykład jonów sodu). W żadnym z tych dwóch przypadków nie można tego osiągnąć poprzez zwykłą dyfuzję, której efektem jest zawsze zrównoważenie stężenia jonów po obu stronach membrany. Aby spowodować nadmierny ruch jonów potasu do komórki i jonów sodu na zewnątrz, potrzebne jest pewne źródło energii. Proces przemieszczania cząsteczek lub jonów przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężeń (lub gradientowi prądu lub ciśnienia) nazywany jest transportem aktywnym.

Do substancji aktywnych przewoźny przynajmniej przez niektóre błony komórkowe przenoszą sód, potas, wapń, żelazo, wodór, chlor, jod, kwas moczowy, niektóre cukry i większość aminokwasów.

Podstawowy aktywny i wtórny transport aktywny. W zależności od użytego źródła energii transport aktywny dzieli się na dwa rodzaje: aktywny pierwotny i aktywny wtórny. W pierwotnym transporcie aktywnym energia jest pozyskiwana bezpośrednio z rozkładu adenozynotrójfosforanu lub innych wysokoenergetycznych związków fosforanowych. Wtórny transport aktywny zapewnia energia wtórna zgromadzona w postaci różnicy stężeń produktów ubocznych, cząsteczek lub jonów po obu stronach błony komórkowej, powstająca początkowo w wyniku pierwotnego transportu aktywnego. W obu przypadkach, podobnie jak w przypadku dyfuzji ułatwionej, transport zależy od białek nośnikowych, które przenikają przez błonę komórkową. Jednakże funkcje białek nośnikowych w transporcie aktywnym różnią się od transportu dyfuzją ułatwioną, ponieważ w pierwszym przypadku białka są w stanie przekazać energię transportowanej substancji w celu przemieszczenia jej wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Poniżej przedstawiono przykłady pierwotnego transportu czynnego i wtórnego transportu czynnego wraz z bardziej szczegółowym objaśnieniem zasad ich funkcjonowania.

Pompa sodowo-potasowa

DO Substancje jony transportowane w ramach pierwotnego transportu aktywnego obejmują sód, potas, wapń, wodór, chlor i niektóre inne jony.
Aktywny mechanizm transportu najlepiej zbadany pod kątem pompy sodowo-potasowej (pompy Na+/K+) – procesu transportu, w wyniku którego wypompowuje jony sodu przez błonę komórkową i jednocześnie pompuje jony potasu do komórki. Pompa ta odpowiada za utrzymanie zróżnicowanego stężenia jonów sodu i potasu po obu stronach membrany, a także za obecność ujemnego potencjału elektrycznego wewnątrz komórek. (W rozdziale 5 zostanie pokazane, że jest to także podstawa procesu przekazywania impulsów w układzie nerwowym.)

Białko transportujące to kompleks dwóch oddzielnych białek globularnych: większego zwanego podjednostką alfa, o masie cząsteczkowej około 100 000 i mniejszego zwanego podjednostką beta, o masie cząsteczkowej około 55 000, chociaż funkcją mniejszego białka jest nieznane (z wyjątkiem tego, że może zakotwiczyć kompleks białkowy w błonie lipidowej), duże białko ma trzy specyficzne cechy, które są ważne dla funkcjonowania pompy.

1. Na części białka wystającej do wnętrza komórki znajdują się trzy miejsca receptorowe wiążące jony sodu.
2. Na zewnętrznej części białka znajdują się dwa miejsca receptorowe wiążące jony potasu.
3. Wewnętrzna część białka, zlokalizowana w pobliżu miejsc wiązania jonów sodu, wykazuje aktywność ATPazy.

Rozważ działanie pompy. Kiedy 2 jony potasu zwiążą się z zewnątrz białka nośnikowego, a 3 jony sodu zwiążą się z wnętrzem, aktywowana jest funkcja ATPazy białka. Prowadzi to do rozpadu 1 cząsteczki ATP do ADP, uwalniając energię wysokoenergetycznego wiązania fosforanowego. Uważa się, że ta uwolniona energia powoduje zmianę chemiczną i konformacyjną cząsteczki białka nośnikowego, w wyniku czego 3 jony sodu przemieszczają się na zewnątrz, a 2 jony potasu do wnętrza komórki.

Podobnie jak inne enzymy, Na-K+-ATPaza może działać także w odwrotnym kierunku. Kiedy gradienty elektrochemiczne dla Na+ i K+ zostaną eksperymentalnie zwiększone do takich wartości, że zgromadzona w nich energia stanie się większa niż energia chemiczna hydrolizy ATP, jony te będą przemieszczać się wzdłuż swoich gradientów stężeń, a Na+/K+-Hacoc zsyntetyzuje ATP z ADP i fosforanów. W rezultacie fosforylowana postać pompy Na+/K+ może być donorem fosforanu do syntezy ATP z ADP lub wykorzystywać energię do zmiany jego konformacji i pompowania sodu z komórki i potasu do komórki. Względne stężenia ATP, ADP i fosforanów, a także gradienty elektrochemiczne sodu i potasu wyznaczają kierunek reakcji enzymatycznej. W przypadku niektórych komórek, takich jak elektrycznie aktywne komórki nerwowe, od 60 do 70% całkowitej energii zużywanej przez komórkę zużywa się na przemieszczanie sodu na zewnątrz i potasu do wewnątrz.

Transport substancji do i z komórki, a także pomiędzy cytoplazmą a różnymi organellami subkomórkowymi (mitochondriami, jądrem itp.) Zapewniają błony. Gdyby błony były solidną barierą, przestrzeń wewnątrzkomórkowa byłaby niedostępna dla składników odżywczych, a produkty przemiany materii nie mogłyby zostać usunięte z komórki. Jednocześnie przy całkowitej przepuszczalności akumulacja niektórych substancji w komórce byłaby niemożliwa. Scharakteryzowano właściwości transportowe membrany półprzepuszczalność : niektóre związki mogą przez nią przeniknąć, a inne nie:

Przepuszczalność membrany dla różnych substancji

Jedną z głównych funkcji membran jest regulacja transportu substancji. Istnieją dwa sposoby transportu substancji przez membranę: bierny I aktywny transport:

Transport substancji przez błony

Transport pasywny . Jeżeli substancja przemieszcza się przez membranę z obszaru o większym stężeniu do niskiego stężenia (tj. wzdłuż gradientu stężenia tej substancji) bez wydatkowania przez komórkę energii, wówczas taki transport nazywamy pasywnym, czyli dyfuzja . Istnieją dwa rodzaje dyfuzji: prosty I lekki .

Prosta dyfuzja charakterystyczny dla małych obojętnych cząsteczek (H 2 O, CO 2, O 2), a także hydrofobowych substancji organicznych o niskiej masie cząsteczkowej. Cząsteczki te mogą przechodzić bez interakcji z białkami błonowymi przez pory lub kanały błony, o ile zachowany jest gradient stężeń.

Ułatwiona dyfuzja . Charakterystyka cząsteczek hydrofilowych, które są transportowane przez membranę również zgodnie z gradientem stężeń, ale za pomocą specjalnych białek błonowych - nośników. Dyfuzja ułatwiona, w odróżnieniu od dyfuzji prostej, charakteryzuje się dużą selektywnością, gdyż białko transportowe posiada centrum wiążące komplementarne do transportowanej substancji, a transferowi towarzyszą zmiany konformacyjne w białku. Jednym z możliwych mechanizmów ułatwionej dyfuzji może być następujący: białko transportowe ( translokaza ) wiąże substancję, następnie zbliża się do przeciwnej strony membrany, uwalnia tę substancję, przyjmuje swoją pierwotną konformację i jest ponownie gotowy do pełnienia funkcji transportowej. Niewiele wiadomo na temat sposobu poruszania się samego białka. Inny możliwy mechanizm transportu polega na udziale kilku białek transportowych. W tym przypadku początkowo związany związek sam przemieszcza się z jednego białka do drugiego, wiążąc się sekwencyjnie z jednym lub drugim białkiem, aż znajdzie się po przeciwnej stronie błony.

Transport aktywny występuje, gdy transport odbywa się wbrew gradientowi stężeń. Taki transfer wymaga wydatku energetycznego przez komórkę. Transport aktywny służy gromadzeniu substancji wewnątrz komórki. Źródłem energii jest często APR. Do transportu aktywnego oprócz źródła energii niezbędny jest udział białek błonowych. Jeden z aktywnych systemów transportu w komórkach zwierzęcych odpowiada za transport jonów Na+ i K+ przez błonę komórkową. System ten nazywa się pompą Na + - K + -. Odpowiada za utrzymanie składu środowiska wewnątrzkomórkowego, w którym stężenie K+ jest wyższe niż Na+:

Mechanizm działania Na+, K+-ATPazy

Gradient stężeń potasu i sodu jest utrzymywany poprzez transfer K + do komórki i Na + na zewnątrz. Obydwa transporty zachodzą wbrew gradientowi stężeń. Ten rozkład jonów determinuje zawartość wody w komórkach, pobudliwość komórek nerwowych i mięśniowych oraz inne właściwości normalnych komórek. Pompa Na+,K+ jest białkiem - transportowy region Azji i Pacyfiku . Cząsteczka tego enzymu jest oligomerem i przenika przez błonę. Podczas pełnego cyklu pracy pompy trzy jony Na+ przenoszone są z komórki do substancji międzykomórkowej, natomiast dwa jony K+ przenoszone są w przeciwnym kierunku. Wykorzystuje to energię cząsteczki ATP. Istnieją systemy transportowe do przenoszenia jonów wapnia (Ca 2+ - ATPazy), pompy protonowe (H + - ATPazy) itp. Simport Jest to aktywne przeniesienie substancji przez membranę, realizowane za pomocą energii gradientu stężenia innej substancji. Transport ATPaza w tym przypadku ma centra wiążące dla obu substancji. Antyport jest ruchem substancji wbrew gradientowi jej stężenia. W tym przypadku inna substancja porusza się w przeciwnym kierunku, zgodnie ze swoim gradientem stężenia. Simport I antyport może wystąpić podczas wchłaniania aminokwasów z jelita i wchłaniania zwrotnego glukozy z pierwotnego moczu. W tym przypadku wykorzystuje się energię gradientu stężenia jonów Na + wytworzonych przez Na +, K + -ATPazę.

DO białka błonowe Należą do nich białka osadzone w błonie komórkowej lub błonie organelli komórkowych lub z nimi związane. Około 25% wszystkich białek to białka błonowe.