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.

6. Активний транспорт

Активним транспортам називається перенос речовин, пов'язаний з витратою енергії. Джерелом енергії в клітинних процесах є молекула АТФ. Нерівномірний і нерівновагий розподіл іонів натрію й калію між кліткою і середовищем забезпечується так званим натрій-калієвим насосом - мембранним ферментом Na, К-АТФ-Азой.

Схема роботи натрій-калієвого насоса представляється состоящей з наступних етапів:

1. Приєднання трьох іонів Na+ усередині клітки до переносника.

2. Перенос центрів зв'язування Na+ назовні.

3. Від'єднання іонів натрію й заміна їх двома іонами калія.

4. Відщіплення залишків фосфорної кислоти.

5. Перенос іонів калію усередину клітки.

6. Відщіплення двох іонів калію, приєднання трьох іонів натрію.

У результаті цього процесу усередині клітки створюється:

1. Надлишок іонів калію

2. Недолік нонов натрію

3. Недолік позитивних зарядів і, внаслідок цього, негативний електричний потенціал.

Таким чином, калій- натрієвий насос є электрогенным.

Натрій-калієвий насос працює з дуже високим ККД - приблизно 60-70%, але в нього є деяка гранична потужність, що становить близько 200 актів розщеплення АТФ у секунду. Якщо проникність мембрани для іонів натрію, наприклад, змінити досить сильно, то потужності насоса не вистачить для того, щоб компенсувати електричний струм, обумовлений рухом іонів натрію усередину клітки. У результаті різниця потенціалів на мембрані може змінитися. Це явище спостерігається при порушенні мембрани, що супроводжується виникненням і проведенням нервового імпульсу, так званого потенціалу дії.