активний транспорт

Активний транспорт. Натрій-калієвий насос.

Активний транспорт - це зв'язаний зі споживанням енергії перенесення молекул або іонів через мембрану проти градієнта концентрації. Енергія потрібна тому, що речовина має рухатися всупереч своєму природному прагненню дифундувати в протилежному напрямку. Рух це зазвичай односпрямоване, тоді як дифузія оборотна. Джерелом енергії для активного транспорту служить АТФ - з'єднання, що утворюється в процесі дихання і виконує в клітині роль носія енергії. Тому за відсутності дихання активний транспорт йти не може.

Під позаклітинних і внутрішньоклітинних рідинах переважають іони натрію (Na =), іони калію (К +) і хлорид-іони (Сl-). На малюнку видно, що концентрації цих іонів всередині еритроцитів і в плазмі крові людини дуже різні. Всередині еритроцитів, як і в більшості клітин, концентрація калію значно вище, ніж зовні. Інша характерна риса полягає в тому, що внутрішньоклітинна концентрація калію перевищує концентрацію натрію.

Якщо будь-яким специфічним впливом, наприклад за допомогою ціаніду, придушити подих еритроцитів, то їх іонний склад почне поступово змінюватися і врешті-решт зрівняється з іонним складом плазми крові. Це показує, що дані іони можуть пасивно дифундувати через плазматичну мембрану еритроцитів, але що в нормі за рахунок енергії, що поставляється процесом дихання, йде їх активний транспорт, завдяки якому і підтримуються концентрації, зазначені на малюнку. Іншими словами, натрій активно викачується з клітки, а калій активно накачується в неї.

Активний транспорт здійснюється за допомогою білків-переносників, що локалізуються в плазматичній мембрані. Цим білкам на відміну від тих, про які ми говорили під час обговорення полегшеної дифузії, для зміни їх конформації потрібна енергія. Постачає цю енергію АТФ, що утворюється в процесі дихання.

Порівняно недавно з'ясувалося, що у більшої частини клітин в плазматичній мембрані діє натрієвий насос. активно викачують натрій з клітки. У тваринних клітинах натрієвий насос пов'язаний з калієвих насосом, активно поглошаюшім іони калію з зовнішнього середовища і переносить їх в клітку. Такий об'єднаний насос називають натрій-калієвих насосом | (Na +, К +) - насос |. Оскільки насос є майже у всіх тваринних клітинах і виконує в них ряд важливих функцій, він являє собою хороший приклад механізму активного транспорту. Про його фізіологічному значенні свідчить той факт, що більше третини АТФ, споживаного тваринної клітиною в стані спокою, витрачається на перекачування натрію і калію.

Насос - це особливий білок-переносник, що локалізується в мембрані таким чином, що він пронизує всю її товщу. З внутрішньої сторони мембрани до нього надходять натрій і АТФ, а із зовнішнього - калій. Перенесення натрію і калію через мембрану відбувається в результаті конформаційних змін, яких зазнає цей білок. Зверніть увагу, що на кожні два поглинених іона калію з клітки виводиться три іона натрію. Внаслідок цього вміст клітини стає більш негативним по відношенню до зовнішнього середовища, і між двома сторонами мембран виникає різниця потенціалів. Це обмежує надходження в клітину негативно заряджених іонів (аніонів), наприклад хлорид-іонів. Саме цією обставиною пояснюється той факт, що концентрація хлорид-іонів в еритроцитах нижче, ніж в плазмі крові (рис. 5.20), хоча ці іони можуть надходити в клітини і виходити з них за рахунок полегшеної дифузії. Позитивно заряджені іони (катіони), навпаки, притягуються кліткою. Таким чином, обидва чинники - концентрація і електричний заряд - важливі при визначенні того, в якому напрямку будуть переміщатися через мембрану іони.

Натрій-калієвий насос необхідний тваринам клітинам для підтримання осмотичного балансу (осморегуляции). Якщо він перестане працювати, клітина почне набухати і врешті-решт лопне. Відбудеться це тому, що з накопиченням іонів натрію в клітину під дією осмотичних сил буде надходити все більше і більше води. Ясно, що бактеріям, грибам і рослинам з їх жорсткими клітинними стінками такий насос не потрібно. Тваринам клітинам він потрібен також для підтримки електричної активності в нервових і м'язових клітинах і, нарешті, для активного транспорту деяких речовин, наприклад цукрів і амінокислот. Високі концентрації калію потрібні також для білкового синтезу, гліколізу, фотосинтезу і для деяких інших життєво важливих процесів.

Активний транспорт здійснюється усіма клітинами, але в деяких випадках він грає особливо важливу роль. Саме так йде справа в клітинах епітелію, що вистилає кишечник і ниркові канальці, оскільки функції цих клітин пов'язані з секрецією і всмоктуванням.