Транспорт веществ через биологические мембраны. Активный транспорт ионов.
Классификация. Различают: прямой и опосредованный транспорт. Прямой — без участия переносчиков, опосредованный — с их участием. Например, перенос глюкозы с участием переносчика. Опосредованный транспорт осуществляется с затратой энергии (активный транспорт) или без затраты энергии (облегченная диффузия). Прямой транспорт всегда идет по типу пассивного транспорта. Активный транспорт:различают первично-активный транспорт, при котором энергия затрачивается на перенос данного вещества против градиента его концентрации, а также вторично-активный транспорт, при котором энергия на перенос данного вещества (например, молекулы глюкозы) используется за счет механизма переноса другого вещества (например, натрия). Первично-активный транспорт широко представлен в организме. Это калий-натриевый насос, натрий-водородный обменный механизм, натрий-кальциевый обменный механизм, кальциевый насос и т. д. Суть его состоит в том, что в мембране имеется переносчик, обладающий АТФ-азной активностью, т. е. он способен расщеплять АТФ и высвобождать энергию, которая и затрачивается на перенос вещества. Конкретно: калий-натриевый насос «выкачивает» из клетки ионы натрия, а «вкачивает» ионы калия (против градиента концентрации). Вторично-активный транспорт. В основном представлен в энтероцитах, в эпителии почек. Суть его состоит в следующем (на примере переноса молекулы глюкозы). Молекула глюкозы должна войти в клетку, где ее концентрация намного выше, чем в среде. Для того чтобы это произошло, необходимы затраты энергии. Но тратится энергия, которая ранее была затрачена на перенос натрия. Дело в том, что в этой клетке создаются за счет работы калий-натриевого насоса низкие концентрации натрия. При наличии высоких концентраций натрия в среде — натрий будет стремиться войти в клетку (по градиенту). Итак, молекула глюкозы присоединяется к специфическому переносчику, к которому подсоединяется ион натрия. В результате градиента концентрации (для натрия) этот «комбайн» (переносчик + глюкоза + ион натрия) переносится внутрь клетки, где глюкоза и натрий отщепляются от переносчика, а переносчик «уходит» вновь совершать свою работу. Натрий откачивается помпой, а глюкоза покидает клетку с другой стороны уже по градиенту концентрации (облегченная диффузия по типу «перенос с участием переносчика»).
Электрогенные ионные насосы.
Согласно современным представлениям, в биологических мембранах имеются ионные насосы, работающие за счет свободной энергии гидролиза АТФ, - специальные системы интегральных белков (транспортные АТФазы). В настоящее время известны три типа электрогенных ионных насосов, осуществляющих активный перенос ионов через мембрану (рис. 2.11). Перенос ионов транспортными АТФазами происходит вследствие сопряжения процессов переноса с химическими реакциями, за счет энергии метаболизма клеток. При работе К+- Na+-АТФазы за счет энергии, освобождающейся при гидролизе каждой молекулы АТФ, в клетку переносится два иона калия и одновременно из клетки выкачиваются три иона натрия. Таким образом, создается повышенная по сравнению с межклеточной средой концентрация в клетке ионов калия и пониженная натрия, что имеет огромное физиологическое значение. В Са2+-АТФазе за счет энергии гидролиза АТФ переносятся два иона кальция, а в Н+-помпе - два протона. Молекулярный механизм работы ионных АТФаз до конца не изучен. Тем не менее прослеживаются основные этапы этого сложного ферментативного процесса. В случае К+- Na+- АТФазы (обозначим ее для краткости Е) насчитывается семь этапов переноса ионов, сопряженных с гидролизом АТФ. Ключевыми этапами работы фермента являются: 1) образование комплекса фермента с АТФ на внутренней поверхности мембраны (эта реакция активируется ионами магния); 2) связывание комплексом трех ионов натрия; 3) фосфорилирование фермента с образованием аденозиндифосфата; 4) переворот (флип-флоп) фермента внутри мембраны; 5) реакция ионного обмена натрия на калий, происходящая на внешней поверхности мембраны; 6) обратный переворот ферментного комплекса с переносом ионов калия внутрь клетки и 7) возвращение фермента в исходное состояние с освобождением ионов калия и неорганического фосфата (Р). Таким образом, за полный цикл происходят выброс из клетки трех ионов натрия, обогащение цитоплазмы двумя ионами калия и гидролиз одной молекулы АТФ.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 576; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!