Активный транспорт ионов

Активный транспорт ионов (биологическое), передвижение в живых системах ионов (натрия, калия, магния, кальция и др.) через различные клеточные мембраны (например, нервных и мышечных клеток, эритроцитов и др.) против любого из градиентов — концентрационного, растворимости, электроосмотичности и др. — с использованием энергии обменных процессов, накопляемой в системе аденозинфосфорных кислот (главным образом аденозинтрифосфорной кислоты) и др. макроэргических, т. е. богатых энергией, соединениях. Обычно при распаде одной молекулы аденозинтрифосфорной кислоты переносится 2—3 одновалентных или 1 двухвалентный катион. Основным ферментом, обеспечивающим превращение энергии в работу по перемещению ионов, служит аденозинтрифосфатаза, сосредоточенная в биологических мембранах и активизируемая присутствием ионов натрия, калия, магния и липидов. Частный случай действия этого фермента — энергетическое обеспечение А. т. и. (главным образом натрия) через мембраны нервных клеток.

Пассивный транспорт — перенос веществ против градиента концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации. Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят).

Функциональная роль и механизм работы каналов и насосов.

Ионные каналы — порообразующие белки (одиночные либо целые комплексы), поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных белков, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в плазмалемме и некоторых внутренних мембранах клетки.

Через ионные каналы проходят ионы Na⁺ (натрия), K⁺ (калия), Cl⁻ (хлора) и Ca⁺⁺ (кальция). Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала.

Наряду с каналами пассивного транспорта ионов, существует большой класс каналов активного ионного транспорта, называемых ионными насосами. Ионные насосы переносят ионы через мембрану против их концентрационного градиента, используя энергию, выделяемую при гидролизе АТФ. Молекулы ионных насосов — крупные трансмембранные белки (с молекулярной массой порядка 150000), способные связывать и расщеплять АТФ. Например, натрий-калиевый насос осуществляет сопряженный перенос натрия наружу, а калия — внутрь клетки. За 1 секунду этот насос переносит около 200 ионов Na+ из клетки и 130 ионов К+ в клетку. Широко распространен также и Са2+-насос (кальциевая АТФ-аза), откачивающий избыток ионов кальция из клетки. Системы активного ионного транспорта, обеспечивая постоянство концентраций определенных ионов в клетках, играют чрезвычайно важную роль в поддержании уровня потенциала покоя клетки.