Активне транспортування речовин

Активне транспортування відбувається проти градієнта концентрації речовини і вимагає для свого здійснення затрат енергії, яка виділяється під час розпаду АТФ. Активний транспорт іонів здійснюється за допомогою іонних помп, що підтримують усередині клітини постійний іонний склад. Існують різні помпи, які забезпечують транспорт іонів через мембрану.

Розглянемо роботу Nа⁺К⁺-помпи, що забезпечує поєднаний первинно-активний транспорт іонів натрію і калію. У мембрану вбудована Na⁺-К⁺-АТФ-аза, молекула якої складається з двох субодиниць і може змінювати свою структуру, відкриваючись на зовнішню або на внутрішню поверхню мембрани. Поруч розташовується молекула АТФ. Коли молекула АТФ-ази відкрита у бік зовнішньої поверхні, до її активної частини приєднується іон калію, що активує АТФ-азу, і вона розщеплює АТФ. Енергія, яка виділяється, використовується на конформаційні зміни молекули: вона відкривається в бік внутрішньої поверхні мембрани й іони калію надходять у клітину. Пізніше до молекули АТФ-ази з боку цитоплазми приєднуються іони натрію, що призводить до її активації та розщеплення АТФ із виділенням енергії. АТФ-аза відкривається у бік зовнішньої поверхні мембрани, а іони натрію виводяться у міжклітинне середовище. За кожен цикл із клітини виводиться три іони натрію і входить у клітину два іони калію. Завдяки роботі помпи створюються іонні градієнти: іонів калію в цитоплазмі в 30-50 разів більше, ніж на зовнішньому боці мембрани клітини, а іонів натрію у 8-Ю разів більше в зовнішньому середовищі, ніж усередині клітини.

Са²⁺ -помпа. Існує два типи кальцієвої помпи: один забезпечує викид іонів із клітини в міжклітинне середовище, а інший переносить іони із цитоплазми усередину саркоплазматичного ретикулуму м'язових волокон, де створюється депо кальцію. Енергетична ємність цієї помпи набагато більша, ніж ємність Nа⁺-К⁺-АТФ-ази: для викачування одного іона Са²⁺ витрачається дві молекули АТФ, у той час як одна молекула АТФ витрачається для транспорту трьох іонів Na⁺ і двох іонів К^+. Регулює роботу цієї помпи сам кальцій. Найменша зміна внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ запускає механізм його відкачування.

Таким чином, завдяки активному транспорту іонів через клітинну мембрану підтримується постійний градієнт іонів між цитоплазмою і міжклітинною рідиною.

Вторинно-активне транспортування. Найчастіше цей вид перенесення забезпечується у поєднанні з транспортуванням натрію. Енергія, що нагромаджена завдяки створенню низької концентрації натрію у цитоплазмі, забезпечує перенесення інших сполук (наприклад, вуглеводів та амінокислот ентероцитами тонкої кишки) або іонів кальцію (у кардіоміоцитах). Необхідною умовою цього виду транспортування є робота Na⁺-К⁺-АТФ-ази відповідних клітин. У результаті утворення низької концентрації натрію у клітині забезпечується його пасивне (концентраційне) транспортування до неї. У такому разі іон натрію з'єднується з транспортним білком і за градієнтом концентрації переносить цей білок і зв'язану з ним сполуку через мембрану в клітину.