7. Перенос заряженных частиц

Уравнение Фика описывает как пассивный транспорт незаряженных частиц, так и пассивный транспорт заряженных частиц в отсутствии электрического поля. Рассмотрим теперь транспорт ионов с учетом электрического поля внутри мембраны.

На отдельный ион в электрическом поле действует сила f₀ = qE, где Е - напряженность электрического поля, а q = Ze - заряд иона (Z - валентность иона). Напряженность поля выражается через градиент

 Уравнению 11.11 можно придать более удобный вид, умножив обе его части на постоянную Авогадро (N_A):

 

8. пассивный транспорт

8.Пассивный транспорт имеет следующие разновидности: Простая диффузия Диффузия через канал Облегченная диффузия, осуществляемая молекулами-переносчиками Простая диффузия происходит без затраты энергии. Его направление определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны (градиентом концентрации).   Путём простой диффузии в клетку проникают неполярные (гидрофобные) вещества, растворимые в липидах и мелкие незаряженные молекулы (например, вода).   Облегчённая диффузия обусловлена градиентом концентрации, и молекулы движутся соответственно этому градиенту и протекает следующим образом: молекула переносимого вещества связывается со специальной молекулой-переносчиком в единый комплекс, который легко проходит через мембрану, а на другой ее стороне распадается, отщепляя переносимую молекулу. Диффузия через канал. Перенос вещества  через каналы происходит  без затраты энергии  и направлен в сторону уменьшения концентрации молекул. Каналы, образованные интегральными белками, проявляют избирательность к разным ионам. Такая селективность канала к различным  ионам  определяется  его формой и размерами, а также электростатическими свойствами аминокислот, выстилающих поверхность канала.

9. Активный транспорт

Активный транспорт - это перенос растворённых веществ против градиента концентрации или электрохимического градиента с использованием энергии АТФ. Перенос вещества происходит в сторону большей концентрации.      Этот процесс не является диффузией  и протекает за счет затраты энергии. Энергия требуется потому, что вещество должно двигаться вопреки своему естественному стремлению диффундировать в противоположном направлении.   Самой распространенной системой  активного транспорта  является натрий-калиевый насос. Натрий-калиевые насосы  работают за счет энергии гидролиза молекул АТФ  с образованием молекул АДФ и неорганического фосфата Ф:                            АТФ = АДФ + Ф .   Натрий-калиевый насос работает обратимо: градиенты концентрации ионов   К+   и Na+ способствуют синтезу молекул АТФ:                                          АДФ  +  Ф  = АТФ .    Насос переносит из клетки во внешнюю среду  три иона Na+ в обмен на перенос двух ионов  К+  внутрь клетки. Экспериментальная камера Уссинга, заполненная нормальным раствором Рингера, была разделена на две части свежеизолированной кожей лягушки. На рис.14 слева — наружная мукозная поверхность кожи, справа — внутренняя серозная. Наблюдались потоки ионов натрия через кожу лягушки: слева направо от наружной к внутренней поверхности и справа налево — от внутренней к наружной поверхности.На коже лягушки, разделяющей раствор Рингера, возникала разность потенциалов, причем внутренняя сторона кожи имела положительный потенциал по отношению к наружной. В установке имелся блок компенсации напряжения, с помощью которого устанавливалась разность потенциалов на коже лягушки, равная нулю, что контролировалось вольтметром. Кроме того, поддерживалась одинаковая концентрация ионов с наружной и внутренней стороны. При этих условиях, если бы перенос ионов натрия через кожу лягушки определялся только пассивным транспортом, то потоки ионов натрия должны были бы быть равны друг другу, а ток в цепи отсутствовать. Однако было обнаружено, что в условиях опыта (отсутствие градиентов электрического потенциала и концентрации) через кожу лягушки течет электрический ток, следовательно, происходит односторонний перенос заряженных частиц. Установлено, что ток через кожу течет от внешней среды к внутренней. Методом меченых атомов было показано, что поток натрия внутрь больше, чем поток наружу. Для этого в левый раствор экспериментальной камеры были включены радиоактивные изотопы Na22, а в правый — Na24. Изотоп Na22 распадается с излучением жестких γ-квантов. Распад Na24 сопровождается мягким β-излучением. Регистрация γ - и β - излучений показала, что поток Na22 больше потока Na24. Эти экспериментальные данные неопровержимо свидетельствовали о том, что перенос ионов натрия через кожу лягушки не подчиняется уравнению пассивного транспорта. Следовательно, имеет место активный перенос. Дальнейшие опыты показали, что истощение запасов АТФ в коже лягушки приводит к полной остановке однонаправленного потока ионов натрия.