Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов — простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.

Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в её способности пропускать в клетку и из неё различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция клеточной мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, то есть способности пропускать одни вещества и не пропускать другие.

•  1 Транспорт сквозь липидный бислой (простая диффузия) и транспорт при участии мембранных белков

•  2 Активный и пассивный транспорт

•  3 Симпорт, антипорт и унипорт

•  4 Работа натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта

•  5 См. также

•  6 Примечания

•  7 Источники

 

Транспорт сквозь липидный бислой (простая диффузия) и транспорт при участии мембранных белков

Легче всего проходят через липидный бислой неполярные молекулы с малой молекулярной массой (кислород, азот, бензол). Достаточно быстро проникают сквозь липидный бислой такие мелкие полярные молекулы, как углекислый газ, оксид азота, вода, мочевина. С заметной скоростью проходят через липидный бислой этанол и глицерин, а также стероиды и тиреоидные гормоны. Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутрення часть гидрофобна. Так, для воды коэффициент проницаемости (см/с) составляет около 10⁻², для глицерина — 10⁻⁵, для глюкозы — 10⁻⁷, а для одновалентных ионов — меньше 10⁻¹⁰.

Перенос крупных полярных молекул и ионов происходит благодаря белкам-каналам или белкам-переносчикам^[1]. Так, в мембранах клеток существуют каналы для ионов натрия, калия и хлора, в мембранах многих клеток — водные каналы аквапорины, а также белки-переносчики для глюкозы, разных групп аминокислот и многих ионов.

Пассивный транспорт — транспорт веществ по градиенту концентрации, не требующий затрат энергии. Пассивно происходит транспорт гидрофобных веществ сквозь липидный бислой. Пассивно пропускают через себя вещества все белки-каналы и некоторые переносчики. Пассивный транспорт с участием мембранных белков называют облегченной диффузией.

Другие белки-переносчики (их иногда называют белки-насосы) переносят через мембрану вещества с затратами энергии, которая обычно поставляется при гидролизе АТФ. Этот вид транспорта осуществляется против градиента концентрации переносимого вещества и называется активным транспортом.

Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ:

•  1) Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента

•  2) Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик.

•  3) Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик.

Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия.

Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередью создается за счет гидролиза АТФ натрий-калиевой АТФ-азой.

Антипорт осуществляет, например, натрий-калиевая АТФаза (или натрий-зависимая АТФаза). Она переносит в клетку ионы калия. а из клетки — ионы натрия.

Основная статья: натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза

Первоначально этот переносчик присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона  . Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФазы. После такой активации АТФаза способна гидролизовать одну молекулу АТФ, причем фосфат-ион фиксируется на поверхности переносчика с внутренней стороны мембраны.

Выделившаяся энергия расходуется на изменение конформации АТФазы, после чего три иона  и ион  (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы  отщепляются, а  замещается на два иона  . Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы  оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы  отщепляются, и переносчик вновь готов к работе.

Более кратко действия АТФазы можно описать так:

•  1) Она изнутри клетки «забирает» три иона  ,затем расщепляет молекулу АТФ и присоединяет к себе фосфат

•  2) «Выбрасывает» ионы  и присоединяет два иона  из внешней среды.

•  3) Отсоединяет фосфат, два иона  выбрасывает внутрь клетки

В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов  , а внутри клетки — высокая концентрация . Работа ,  — АТФаза создает не только разность концентраций, но и разность зарядов (она работает как электрогенный насос). На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней — отрицательный.

 

См. также

•  Клеточные мембраны

•  Ионные каналы

•  Симпорт

•  Антипорт

•  Унипорт

•  Натрий-калиевый насос

 

Примечания

1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ — www.biochemistry.ru

 

Источники

•  Основы цитологии

•  Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3-х т.т. М., Мир, 1994

•  Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. М., Мир, 1997

•  А. О. Рувинский и др. Общая биология. Учебник для 10-11 классов с углубленным изучением биологии. М., Просвещение, 1993.

 

Категория:

•  Мембранный транспорт