2. Основні види транспорту речовин

Розрізняють активний і пасивний перенос (транспорт) нейтральних речовин і іонів.

Активний транспорт має місце при витраті енергії (в основному за рахунок гідролізу АТФ).

Пасивний - обумовлений різницею (градієнтом) концентрацій і (для іонів) електричного потенціалу усередині й поза кліткою. Пасивний транспорт здійснюється убік зменшення електрохімічного потенціалу.

Можно виділити: звичайну (просту) дифузію, дифузію з активним переносником (речовина переноситься разом з яким-небудь носієм) і дифузію з пасивним переносником (молекули речовини, що здійснюють перенос, залишаються на своїх місцях). Крім того, виділяють ще один вид переносу - полегшений транспорт.

3. Пасивний транспорт молекул

Звичайно розрізняють наступні види пасивного транспорту речовини через мембрану:

1. Проста дифузія

2. Перенос через пори (канали)

3. Дифузія з переносником (полегшена, обмінна)

Проста дифузія є перенос речовини з області з більше високою концентрацією в область її зниження. Це явище описується рівнянням (законом) Фика:

(1)

У цьому рівнянні I- інтенсивність дифузії або густина потоку речовини (кількість речовини, що проходить в одиницю часу через одиницю площі),

D - коефіцієнт дифузії,

c - концентрація речовин - dс/dx - градієнт концентрації.

Знак "-" означає, що потік спрямований убік зменшення концентрації.

На мал.2 наведена залежність концентрації речовини, що дифундує, від координати для різних областей клітки й навколишнього середовища.

Область (0 – х₁) відповідає навколишньому середовищу, (х₁ - х₂ )- мембрані, - область , (х₂ - х )- внутрішньої частини клітки.

Рис.2

Концентрація речовини на поверхні мембрани відрізняється від концентрації цієї речовини в навколишнім середовищі, тому що речовина, що дифундує, може яким-небудь чином взаємодіяти із самою мембраною. Іншими словами - на поверхні мембрани концентрація речовини в декілька разів відрізняється від концентрації його ж у водяному розчині (к - коефіцієнт взаємодії речовини з мембраною, l - товщина мембрани). Якщо концентрація речовини усередині мембрани змінюється за лінійним законом (рис.2), а різниця концентрацій зовні й усередині клітки підтримується постійню, то рівняння (1) може бути представлене в наступному виді (закон Стефана):, (2)

де Р - коефіцієнт проникності мембрани для даної речовини.

4. Пасивний транспорт іонів

При переносі заряджених частинок (наприклад, іонів) рівняння Фіка (1) ускладнюється, тому що заряджені частинки можуть рухатися під дією електричного поля:

Перенос заряджених частинок під дією градієнта концентрацій і градієнта електричного потенціалу описується электродиффузіонним рівнянням Нернста-Планка:(3)

5. Полегшена дифузія й дифузія з переносником

Дифузійні властивості біліпідного шару, що є основою мембрани, такі, що цей шар представляє великий опір потоку речовин, що дифундують.

Тому велике значення для обміну речовин між кліткою й навколишнім середовищем мають пори й канали, які утворені в біліпідном шарі білковими молекулами. Ці канали дуже часто мають властивість селективності - здатність пропускати тільки один вид молекул або іонів.

Слід зазначити, що властивість селективності каналів дозволяє змінювати проникність мембрани для різних каналів за допомогою певних лікарських речовин (зокрема , специфічні канали можуть бути блоковані отрутою, наркотиками).

Особливості й відмінність дифузії з переносником (активним або пасивним) від звичайної полягають у тому, що яким би не був переносник (тобто речовина, що полегшує дифузію), при перевищенні певної різниці концентрацій швидкість переносу речовини стає постійною.