Мембранный транспорт

Транспорт веществ внутрь и наружу клетки, а также между цитоплазмой и различными субклеточными органеллами (митохондриями, ядром и т.д.) обеспечивается мембранами.

Одна из главных функций мембран — регуляция переноса веществ. Существуют два способа переноса веществ через мембрану: пассивный (А) и активный (Б) транспорт.

Пассивный транспорт. Если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации (т.е. по градиенту концентрации этого вещества) без затраты клеткой энергии, то такой транспорт называется пассивным, или диффузией.

Простая диффузия характерна для небольших нейтральных молекул (H2O,

CO2, O2), а также гидрофобных низкомолекулярных органических веществ. Эти молекулы могут проходить без какого-либо взаимодействия с мембранными белками через поры или каналы мембраны до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.

Облегченная диффузия характерна для гидрофильных молекул, которые переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных мембранных белков-переносчиков. Для облегченной диффузии в отличие от простой диффузии характерна высокая избирательность, так как белок-переносчик имеет центр связывания, комплементарный транспортируемому веществу, и перенос сопровождается конформационными изменениями белка.

Активный транспорт имеет место в том случае, когда перенос осуществляется против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки.

Источником энергии часто является АТФ. Для активного транспорта кроме источника энергии необходимо участие мембранных белков. Одна из активных транспортных систем в клетке животных отвечает за перенос ионов Na+ и K+

через клеточную мембрану. Эта система называется Na+, K+ — насос. Она отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды.

Градиент концентрации калия и натрия поддерживается путем переноса К+

внутрь клетки, а Na+ наружу. Оба транспорта происходят против градиента концентрации. Такое распределение ионов определяет содержание воды в клетках, возбудимость нервных клеток и клеток мышц и другие свойства нормальных клеток. Na+, K+ –насос представляет собой белок — транспортную АТФазу. Молекула этого фермента является олигомером и пронизывает мембрану. За полный цикл работы насоса из клетки в межклеточное вещество переносятся три иона Na+, а в обратном направлении — два иона К+. При этом используется энергия молекулы АТФ. Транспортная АТФаза в этом случае имеет центры связывания для обоих веществ.

Существуют транспортные системы для переноса ионов кальция (Са 2+ -

АТФ-азы), протонные насосы (Н + -АТФазы) и др.

Нередко перенос веществ осуществляется по механизму вторичного активного транспорта за счет симпорта или антипорта двух веществ. Симпорт — это активный перенос вещества через мембрану, осуществляемый за счет энергии градиента концентра-

ции другого вещества, который движется по градиенту концентрации. Антипорт — это перемещение вещества против градиента своей концентрации.

При этом другое вещество движется в противоположном направлении по градиенту концентрации. Симпорт и антипорт могут происходить при всасывании аминокислот из кишечника и реабсорбции глюкозы из первичной мочи.

При этом используется энергия градиента концентрации ионов Na +, создаваемого Na +, K + - АТФазой.