Мембранный транспорт
Это транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов.
Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в ее избирательной проницаемости, то есть способности пропускать одни вещества и не пропускать другие. Это имеет большое значение для саморегуляции метаболизма и поддержания постоянного состава клетки (клеточный гомеостаз).
Ниже изображен липидный бислой клеточной мембраны. Строение и свойства липидов вы будете изучать во 2-ом семестре. Липиды самопроизвольно (ΔG < 0) собираются в надмолекулярные комплексы с гидрофобной внутренней частью и гидрофильной поверхностью, обращенной внутрь клетки и наружу в водную среду.
Виды транспорта веществ в организме
1. Транспорт сквозь липидный бислой мембраны (простая диффузия) и транспорт при участии мембранных белков
2. Активный и пассивный транспорт
3. Симпорт, антипорт и унипорт
Легче всего проходят через липидный бислой неполярные молекулы с малой молекулярной массой (например, кислород, азот, бензол). Достаточно быстро проникают сквозь липидный бислой такие мелкие полярные молекулы, как углекислый газ, оксид азота, вода, мочевина. С заметной скоростью проходят через липидный бислой этанол и глицерин, а также стероидные и тиреоидные гормоны. Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутренняя часть гидрофобна.
Перенос крупных полярных молекул и ионов происходит благодаря белкам-каналам или белкам-переносчикам. Так, в мембранах клеток существуют каналы для ионов натрия, калия и хлора, а также белки-переносчики для глюкозы, аминокислот и других молекул. Есть даже специальные водные каналы – аквапорины.
Пассивный транспорт — транспорт веществ по градиенту концентрации, не требующий затрат энергии. Пассивно происходит транспорт гидрофобных веществ сквозь липидный бислой мембраны (∆G<0). Пассивно пропускают через себя вещества все белки-каналы и некоторые белки-переносчики. Пассивный транспорт с участием мембранных белков называют облегченной диффузией. Другие белки-переносчики (их иногда называют белки-«насосы») переносят через мембрану вещества с затратами энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ. Этот вид транспорта осуществляется против градиента концентрации переносимого вещества и называется активным транспортом.
Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным белком-переносчиком веществ:
1) Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента концентрации.
2) Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении с помощью одного переносчика.
3) Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях посредством одного переносчика.
О
Гидролиз
АТФ
Примеры.
Унипорт осуществляет потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются катионы натрия.
Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и катион натрия и, меняя свою конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередь, создается за счет гидролиза АТФ ферментом - натрий-калиевой АТФ-азой.
Антипорт осуществляет натрий-калиевая АТФаза. Она переносит в клетку 2 катиона калия, а из клетки выводит 3 катиона натрия.
Работа натрий-калиевой АТФазы - пример активного транспорта посредством антипорта.