Aktivní transport látek přes membránu. Druhy aktivního transportu látek membránou

Buňka je strukturální jednotka všech živých věcí na naší planetě a otevřený systém. To znamená, že pro svou životně důležitou činnost je nutná neustálá výměna látek a energie s prostředím. Tato výměna se provádí přes membránu - hlavní hranici buňky, která je navržena tak, aby zachovala její celistvost. Prostřednictvím membrány probíhá buněčná výměna a jedná se buď o koncentrační gradient

Membránová bariéra a proplach

Cytoplazmatická membrána je součástí mnoha buněčných organel, plastid a inkluzí. Moderní věda je založena na tekuto-mozaikovém modelu membránové struktury. Aktivní transport látek přes membránu je možný díky své specifické struktuře. Základ membrány tvoří lipidovou dvojvrstvu - většinou fosfolipidy, umístěné v souladu s jejich hydrofilní-hydrofobní vlastnosti. Hlavními vlastnostmi lipidové dvojvrstvy jsou tekutost (schopnost zabudovat a ztrácet záplaty), samostavení a asymetrie. Druhou složkou membrány jsou proteiny. Jejich funkce jsou různorodé: aktivní transport, příjem, fermentace, uznání.

Proteiny jsou umístěny jak na povrchu membrán, tak i uvnitř, a některé je několikrát pronikají. Vlastnost bílkovin v membráně je schopnost přechodu z jedné strany membrány na druhou ("skákací") skok. Poslední složkou jsou sacharidové a polysacharidové řetězce uhlovodíků na povrchu membrán. Jejich funkce jsou dnes ještě kontroverzní.

Druhy aktivního transportu látek přes membránu

Aktivní bude přenos látek přes buněčnou membránu, který je ovládán, je zde nákladů a energetické jde proti koncentračnímu gradientu (látka převedena z oblasti nízké koncentrace na vysokou koncentraci). V závislosti na druhu zdroje energie se rozlišují tyto druhy dopravy:

• Primárně aktivní (zdroj energie - hydrolýza adenosintrifosfátová kyselina ATP k adenosindifosforečnému ADP).
• Druhotně aktivní (je zajištěna sekundární energií vytvořenou v důsledku fungování mechanismů primární aktivní dopravy látek).

Proteinové asistenty

V prvním a druhém případě není transport bez proteinových nosičů možný. Tyto transportní proteiny jsou velmi specifické a jsou určeny k přenosu některých molekul a někdy dokonce k určité molekulám. Tato skutečnost byla prokázána experimentálně mutované geny bakterií, které vedou k nemožnosti aktivní transport přes membránu určité sacharidů. Transmembránový transportních proteinů může být ve skutečnosti nosiče (interakci s molekulami přímo vklouzl prostřednictvím membrány) nebo channelization (tvořící póry v membránách, které jsou otevřené na konkrétní činidla).

Čerpadlo pro sodík a draslík

Nejvíce studovaným příkladem primárního účinného transportu látek membránou je čerpadlo Na +, K +. Tento mechanismus poskytuje rozdíl v koncentracích iontů Na + a K + na obou stranách membrány, což je nezbytné k udržení osmotického tlaku v buňce a dalších metabolických procesech. Transmembránový proteinový nosič - sodík-draselný ATP-ase - se skládá ze tří částí:

• Na povrchu membrány má protein dva receptory pro ionty draslíku.
• Na vnitřní straně membrány jsou tři receptory pro ionty sodíku.
• Vnitřní část proteinu je charakterizována aktivitou ATP.

Když se dva draselné ionty a tři sodné ionty vážou na bílkovinné receptory na obou stranách membrány, aktivuje se aktivita ATP. Molekula ATP hydrolyzuje na ADP s uvolněním energie, která je vynaloženou dopravit draselné ionty do a ionty sodíku mimo cytoplazmatickou membránu. Odhaduje se, že účinnost takového čerpadla je více než 90%, což je samo o sobě zcela překvapující.

Pro informaci: účinnost spalovacího motoru je asi 40%, elektrická energie až 80%. Je zajímavé, že čerpadlo může také pracovat v opačném směru a sloužit jako donor fosfátů pro syntézu ATP. U některých buněk (např. Neuronů) se spotřebuje až 70% celkové energie, aby se z buněk odstranil sodík a nalijte ionty draslíku. Čerpadla pro vápník, chlor, vodík a některé další kationty (ionty s kladným nábojem) pracují na stejném principu aktivní dopravy. Pro anionty (záporně nabité ionty) nejsou tato čerpadla detekována.

Přeprava sacharidů a aminokyselin

Příkladem sekundárního aktivního transportu může být přemístění glukózy, aminokyselin, jodu, železa a kyseliny močové do buněk. V důsledku čerpadla sodíku draselného se vytváří gradient koncentrací sodíku: mimo koncentraci je vysoká, ale uvnitř je nízký (někdy 10-20krát). Sodík má tendenci difundovat do buňky a energie této difuze může být použita k přepravě látek směrem ven. Tento mechanismus se nazývá kotransport nebo konjugovaná aktivní doprava. V tomto případě má nosičový protein z vnější strany dvě receptorová centra: jednu pro sodík a druhou pro transportovaný prvek. Teprve po aktivaci obou receptorů protein prochází konformačními změnami a energie difúze sodíku zavádí do buňky přepravovanou látku proti koncentračnímu gradientu.

Hodnota aktivní dopravy pro buňku

Pokud by běžná difúze látek membránou probíhala tak dlouho, jak je požadováno, koncentrace vně a uvnitř buňky by byly vyrovnány. A to je smrt buněk. Koneckonců všechny biochemické procesy musí probíhat v prostředí elektrického potenciálu. Bez účinku, proti koncentračnímu gradientu, transportu látek, by neurony nebyly schopny přenášet nervový impuls. A svalové buňky by ztratily schopnost kontrahovat. Buňka by nebyla schopna udržet osmotický tlak a vyrovnala by se. A produkty metabolismu by nebyly odstraněny. A hormony by se nikdy nedostaly do krevního oběhu. Koneckonců, dokonce i améba tráví energii a vytváří potenciální rozdíl na membráně s pomocí stejných iontových čerpadel.