Активный транспорт минеральных элементов. Строение и функционирование АТФазной помпы.

Активный транспорт — это транспорт, идущий против градиента электрохимического потенциала, т. е. по направлению от меньшего к большему его значению. Активный транспорт не может происходить самопроизвольно и требует затраты энергии, выделяющейся в процессе метаболизма.

Насосы (помпы) – интегральные транспортные белки, осуществляющие активное поступление ионов. Насосы делят на 2 группы:

· Электрогенные, которые осуществляют активный транспорт иона какого-либо одного заряда только в одном направлении. Этот процесс ведёт к накоплению заряда одного типа на одной стороне мембраны.

· Электронейтральные, при которых перенос иона в одном направлении сопровождается перемещением иона того же знака в противоположном либо перенос двух ионов с одинаковым по величине, но разным по знаку зарядом в одном направлении.

В настоящее время рассматривают следующие типы активного транспорта веществ.

1. Первичный активный транспорт – трансмембранный векторный перенос иона происходит непосредственно в ходе энергетического превращения в АТФазных системах или ЭТЦ (используется или энергия АТФ или ОВ реакций). Пример – К⁺-Na⁺-насос.

2. Вторичный активный транспорт – происходит, когда в качестве энергетического источника используются градиенты других ионов. Переносчиками являются специальные белки, а энергия АТФ затрачивается на их перемещение через мембрану. Благодаря работе Н⁺-АТФазы происходит выход протонов из клетки и на мембране возникает разность электрохимических потенциалов. Это и используется для транспорта других ионов при участии переносчиков.

Унипорт – перенос транспортными белками одного вещества через мембрану. Котранспорт - одновременный перенос двух веществ. Антипорт – перенос двух веществ в противоположном направлении (натрий, магний, марганец в антипорте с протонами при работе Н⁺-АТФазы). Симпорт – совместный однонаправленный перенос ионов (хлор и другие анионы в симпорте с протонами).

Н⁺-АТФаза (водородная помпа) – является основным механизмом активного транспорта в клетках растений, грибов и бактерий. Водородная помпа функционирует в плазмалемме и обеспечивает выброс протонов из клетки, что приводит к возникновению электрохимической разницы потенциалов на мембране.

Механизм работы насоса на примере К⁺ — Na⁺ — АТФазы. Это электрогенный насос, поскольку переносит из клетки три иона натрия, а в клетку два иона калия. Это приводит к возникновению положительного заряда на мембране. Предполагается, что АТФаза располагается поперек мембраны и происходит образование комплекса фермента с АТФ на внутренней поверхности мембраны, а также связывание ионов натрия. Освобождаемая при распаде АТФ энергия используется для изменения конфигурации самой АТФазы, благодаря Чему участок фермента, связывающий Na+, поворачивается и оказывается по другую сторону мембраны. На внешней поверхности мембраны происходит реакция ионного обмена Na+ на К+ и обратный поворот ферментного комплекса. Возвращение фермента в исходное состояние сопровождается освобождением ионов калия и неорганического фосфата.