जीव विज्ञान में सक्रिय परिवहन क्या है। निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन। सोडियम और पोटेशियम के लिए पंप

सक्रिय परिवहन उन प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है जिसमें एक अणु को एक झिल्ली के माध्यम से आगे बढ़ना चाहिए, चाहे उसकी एकाग्रता ढाल की दिशा की परवाह किए बिना। सबसे अधिक बार, यह कम सांद्रता वाले आरएफ क्षेत्र से उच्च वाले क्षेत्र में होता है और इसके साथ मुक्त ऊर्जा में वृद्धि होती है, जो कि 5.71 lgC2 / C है | केजे-मोल-1.

जैसा कि पहले बताया गया है, यह विद्युत रासायनिक क्षमता के कम मूल्य वाले स्थानों से उच्च मूल्य वाले स्थानों पर पदार्थों के स्थानांतरण की प्रक्रिया है।

चूंकि झिल्ली में सक्रिय परिवहन के साथ गिब्स ऊर्जा में वृद्धि होती है, यह स्वतःस्फूर्त रूप से आगे नहीं बढ़ सकता है, अर्थात, ऐसी प्रक्रिया के लिए, कुछ स्वचालित रूप से आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया के साथ इंटरफेस करना आवश्यक है। कुल मिलाकर, यह दो तरीकों से किया जा सकता है: 1) एटीपी हाइड्रोलिसिस की प्रक्रिया के साथ संयोजन में, यानी, उच्च-ऊर्जा बांडों में संग्रहीत ऊर्जा के व्यय के कारण; 2) झिल्ली क्षमता और / या विशिष्ट वाहक की उपस्थिति और झिल्ली में आयन एकाग्रता की ढाल द्वारा मध्यस्थता।

पहले मामले में, एटीपी हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा की कीमत पर संचालित इलेक्ट्रोजेनिक आयन पंपों का उपयोग करके परिवहन किया जाता है। उन्हें अभिन्न प्रोटीन की विशेष प्रणाली के रूप में जाना जाता है और उन्हें परिवहन ATPases कहा जाता है। वर्तमान में, तीन प्रकार के इलेक्ट्रोजेनिक आयन पंप ज्ञात हैं जो झिल्ली के माध्यम से आयनों का स्थानांतरण करते हैं: K + - Na + - ATPase, प्रत्येक एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस के दौरान जारी ऊर्जा के कारण, दो पोटेशियम आयनों को सेल में स्थानांतरित किया जाता है। और तीन सोडियम आयन बाहर पंप किए जाते हैं; Ca2 + में - ATPase एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा के कारण, दो कैल्शियम आयन स्थानांतरित हो जाते हैं; एच + - पंप में - दो प्रोटॉन।

दूसरे मामले में, पदार्थों का परिवहन गौण है, जिसके लिए तीन योजनाओं का गहन अध्ययन किया गया है।

एक विशिष्ट वाहक के साथ संयोजन में यूनिडायरेक्शनल आयन स्थानांतरण को यूनिपोर्ट कहा जाता है। इस मामले में, एक चार्ज झिल्ली के माध्यम से या तो एक जटिल द्वारा स्थानांतरित किया जाता है यदि वाहक अणु विद्युत रूप से तटस्थ है, या एक खाली वाहक द्वारा, यदि परिवहन एक चार्ज वाहक द्वारा प्रदान किया जाता है। स्थानान्तरण का परिणाम में कमी के कारण आयनों का संचय होगा झिल्ली क्षमता... यह प्रभाव सक्रिय माइटोकॉन्ड्रिया में वैलिनोमाइसिन की उपस्थिति में पोटेशियम आयनों के संचय के साथ देखा जाता है।

एकल वाहक अणु की भागीदारी के साथ आयनों के काउंटर ट्रांसफर को एंटीपोर्ट कहा जाता है। इस मामले में, यह माना जाता है कि वाहक अणु प्रत्येक परिवहन किए गए आयनों के साथ एक मजबूत परिसर बनाता है। स्थानांतरण दो चरणों में किया जाता है: पहला, एक आयन बाएं से दाएं झिल्ली को पार करता है, फिर दूसरा आयन - विपरीत दिशा में। इस मामले में, झिल्ली क्षमता नहीं बदलती है। स्पष्ट रूप से प्रेरक शक्तिइस प्रक्रिया में परिवहन किए गए आयनों में से एक की एकाग्रता में अंतर होता है। यदि शुरू में दूसरे आयन की सांद्रता में कोई अंतर नहीं था, तो स्थानांतरण का परिणाम पहले आयन की सांद्रता में अंतर में कमी के कारण दूसरे आयन का संचय होगा। एंटीपोर्ट का एक उत्कृष्ट उदाहरण एंटीबायोटिक निगिरिसिन की भागीदारी के साथ कोशिका झिल्ली में पोटेशियम और हाइड्रोजन आयनों का स्थानांतरण है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अधिकांश वाहक प्रोटीन एक एंटीपोर्ट के रूप में कार्य करते हैं, अर्थात, झिल्ली के माध्यम से किसी पदार्थ की गति केवल कुछ विशिष्ट पदार्थ के बदले में संभव हो जाती है, जिसमें समान आवेश होता है, लेकिन विपरीत दिशा में चलता है।

इस प्रकार, सेल के किसी भी मुख्य घटक का आउटपुट कम और अधिक घनत्व के बीच में एक घुले हुए पदार्थ का जमाव, किसी पदार्थ की गति को उसके ढाल के विरुद्ध उसकी ओर जाने की गति को नियंत्रित कर सकता है और "कार्य" कर सकता है जब तक कि दोनों ड्राइविंग बल संतुलित न हों।

दो-सीट वाहक की भागीदारी के साथ पदार्थों के संयुक्त यूनिडायरेक्शनल स्थानांतरण को एक लक्षण कहा जाता है। यह माना जाता है कि झिल्ली में दो विद्युत रूप से तटस्थ कण हो सकते हैं: एक परिसर में एक वाहक और एक आयन और एक खाली वाहक के साथ। चूंकि इस तरह की परिवहन प्रणाली में झिल्ली क्षमता नहीं बदलती है, परिवहन का कारण आयनों में से एक की एकाग्रता में अंतर हो सकता है। यह माना जाता है कि सिमपोर्ट योजना के अनुसार, यह इस प्रकार है कि इस प्रक्रिया के साथ आसमाटिक संतुलन में एक महत्वपूर्ण बदलाव होना चाहिए, क्योंकि एक चक्र में दो कणों को एक ही दिशा में झिल्ली के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है।

पर्याप्त रूप से विकसित (सिद्धांतों, आयन परिवहन के तंत्र और अंतर्जात) की उपस्थिति के कारण कार्बनिक पदार्थसेल में, दवाओं के प्रयोगों में प्राप्त आंकड़ों की व्याख्या करना संभव हो गया (खंड ६.३.३)।

अंजीर के साथ सादृश्य द्वारा। चित्र में दिखाए अनुसार 6.10 सक्रिय परिवहन का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है। 6.11.

इस मामले में, वाहक सी झिल्ली के बाहरी तरफ दवा (एल) के साथ एक सीए कॉम्प्लेक्स बनाता है। यह झिल्ली में प्रवेश करता है, एल को दूसरी तरफ से अलग करता है। सक्रिय परिवहन के मामले में, झिल्ली के अंदरूनी हिस्से पर एल की एकाग्रता बाहरी तरफ की एकाग्रता से काफी अधिक हो सकती है। निष्क्रिय परिवहन (चित्र। 6.10) के विपरीत, सीए कॉम्प्लेक्स, एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करते हुए, सी "ए कॉम्प्लेक्स में बदल जाता है, जो आसानी से ए (छवि 6.11) को बंद कर देता है। ऊर्जा व्यय की आवश्यकता को ध्यान में रखते हुए झिल्ली के विपरीत दिशा में सीए का परिवहन, यह माना जा सकता है कि / (, (दरार स्थिर) आंतरिक पक्ष पर K0 से अधिक है। यह ड्रग-कैरियर कॉम्प्लेक्स का तथाकथित असममित दरार है।

बाहरी जलीय चरण

एकाग्रता [एल] ० गतिविधि (एल) ०

जीवित जीवों में, सक्रिय परिवहन तंत्र व्यापक हैं और उन्हें कोशिका के मूलभूत कार्यों में से एक माना जा सकता है। उदाहरण के लिए, कोशिकाओं में पोटेशियम की उच्च सांद्रता और सोडियम की कम सांद्रता होती है, बाह्य अंतरिक्ष के विपरीत, जहां ये आयन विपरीत संबंध में होते हैं। झिल्ली दोनों आयनों के लिए स्वतंत्र रूप से निष्क्रिय हैं और असममित वितरण को सेल से सोडियम और पोटेशियम को अंदर की ओर लगातार पंप करके बनाए रखा जाता है। पेट में HC1 का स्राव H + और SG का वास्तविक सक्रिय परिवहन है। आयोडीन एक समान तंत्र द्वारा थायरॉयड ग्रंथि में केंद्रित होता है। शर्करा को आंतों और समीपस्थ वृक्क नलिकाओं में उच्च सांद्रता के विरुद्ध ले जाया जाता है। अमीनो एसिड आंतों, गुर्दे, मांसपेशियों और मस्तिष्क में समान रूप से व्यवहार करते हैं। वृक्क नलिकाओं द्वारा कार्बनिक अम्लों (नापा-एमिनोबेंजोइक, हिप्पुरिक) का स्राव एक सक्रिय परिवहन प्रक्रिया है।

सक्रिय परिवहन का तंत्र अत्यधिक विशिष्ट है, क्योंकि यह प्रकृति द्वारा आवश्यक पोषक तत्वों के लिए शरीर की जैविक आवश्यकताओं को पूरा करने या उनके चयापचय के उत्पादों को इससे निकालने के लिए बनाया गया था। सक्रिय परिवहन से गुजरने वाली दवाओं के लिए, इस मामले में उन्हें रासायनिक संरचना में शरीर के प्राकृतिक पदार्थों के करीब होना चाहिए। आंत में सक्रिय परिवहन द्वारा, पाइरीमिडीन एनालॉग फ्लोराफुर और आयरन अवशोषित होते हैं। उसी तंत्र का उपयोग करते हुए, लेवोडोपा रक्त-मस्तिष्क की बाधा को पार करता है। वृक्क नलिकाओं में कार्बनिक अम्लों और क्षारों से संबंधित औषधियाँ स्रावित होती हैं।

पदार्थों के ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन के तंत्र पर विचार करते हुए, एक बार फिर इस बात पर जोर देना आवश्यक है कि महत्वपूर्ण गतिविधि की प्रक्रिया में, विभिन्न पदार्थ कोशिका की सीमाओं को पार करते हैं, जिनमें से प्रवाह को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जाता है। इस कार्य को कोशिका झिल्ली द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसमें आयन पंप, वाहक अणुओं की एक प्रणाली और अत्यधिक चयनात्मक सहित परिवहन प्रणालियों का निर्माण होता है। आयन चैनल.

पहली नज़र में, स्थानांतरण प्रणालियों की इतनी बहुतायत अनावश्यक लगती है, क्योंकि केवल आयन पंपों के संचालन से विशिष्ट विशेषताएं प्रदान करना संभव हो जाता है जैविक परिवहन: उच्च चयनात्मकता, प्रसार और विद्युत क्षेत्र की ताकतों के खिलाफ पदार्थों का स्थानांतरण। हालांकि, विरोधाभास यह है कि विनियमित किए जाने वाले प्रवाहों की संख्या असीम रूप से बड़ी है, जबकि केवल तीन पंप हैं। इस मामले में, आयनिक संयुग्मन के तंत्र, जिसे द्वितीयक सक्रिय परिवहन कहा जाता है, जिसमें विसरित प्रक्रियाएं महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, विशेष महत्व रखती हैं। इस प्रकार, कोशिका झिल्ली में प्रसार हस्तांतरण की घटना के साथ पदार्थों के सक्रिय परिवहन का संयोजन वह आधार है जो कोशिका की महत्वपूर्ण गतिविधि को सुनिश्चित करता है।

झिल्ली परिवहन प्रोटीन प्लाज़्मालेम्मा के माध्यम से आयनों के परिवहन में शामिल होते हैं। ये प्रोटीन एक पदार्थ को एक दिशा (यूनिपोर्ट) या कई पदार्थों को एक साथ (सहानुभूति) में संचालित कर सकते हैं, और साथ ही, एक पदार्थ के आयात के साथ, सेल (एंटीपोर्ट) से दूसरे पदार्थ को हटा सकते हैं। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज Na + आयन के साथ सहानुभूतिपूर्वक कोशिकाओं में प्रवेश कर सकता है। आयन परिवहन अतिरिक्त ऊर्जा खपत के बिना, एकाग्रता ढाल के साथ हो सकता है, अर्थात निष्क्रिय रूप से। निष्क्रिय परिवहन के मामले में, कुछ झिल्ली परिवहन प्रोटीन आणविक परिसरों का निर्माण करते हैं, चैनल जिसके माध्यम से भंग अणु एकाग्रता ढाल के साथ सरल प्रसार द्वारा झिल्ली से गुजरते हैं। इनमें से कुछ चैनल लगातार खुले रहते हैं, दूसरों को या तो सिग्नलिंग अणुओं के लिए बाध्य करने या आयनों के इंट्रासेल्युलर एकाग्रता में बदलाव के जवाब में बंद या खोला जा सकता है। अन्य मामलों में, विशेष झिल्ली वाहक प्रोटीन चुनिंदा रूप से एक या दूसरे आयन से बंधते हैं और इसे झिल्ली (सुविधाजनक प्रसार) में ले जाते हैं। कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में आयनों की सांद्रता न केवल बाहरी वातावरण में सांद्रता से भिन्न होती है, बल्कि रक्त प्लाज्मा से भी होती है जो उच्च जानवरों के शरीर में कोशिकाओं को स्नान करती है। कोशिकाओं के अंदर और बाहर मोनोवैलेंट धनायनों की कुल सांद्रता व्यावहारिक रूप से समान (150 मिमी), आइसोटोनिक है। लेकिन साइटोप्लाज्म में, K + की सांद्रता लगभग 50 गुना अधिक होती है, और Na + रक्त प्लाज्मा की तुलना में कम होती है, और यह अंतर केवल एक जीवित कोशिका में बना रहता है: यदि कोई कोशिका मर जाती है या इसमें चयापचय प्रक्रियाएं दबा दी जाती हैं, फिर थोड़ी देर बाद दोनों तरफ आयनिक अंतर हो जाएगा, प्लाज्मा झिल्ली गायब हो जाएगी। आप बस कोशिकाओं को +2 o C तक ठंडा कर सकते हैं, और थोड़ी देर बाद झिल्ली के दोनों किनारों पर K + और Na + की सांद्रता समान हो जाएगी। जब कोशिकाओं को गर्म किया जाता है, तो यह अंतर बहाल हो जाता है। यह घटना इस तथ्य के कारण है कि कोशिकाओं में झिल्ली प्रोटीन वाहक होते हैं जो एकाग्रता ढाल के खिलाफ काम करते हैं, जबकि एटीपी के हाइड्रोलिसिस के कारण ऊर्जा खर्च करते हैं। पदार्थों के इस प्रकार के स्थानांतरण को सक्रिय परिवहन कहा जाता है, और यह प्रोटीन आयन पंपों का उपयोग करके किया जाता है। प्लाज्मा झिल्ली में एक दो-सबयूनिट अणु (K + + Na +) - एक पंप होता है, जो एक ATPase भी होता है। यह पंप एक चक्र में 3 Na + आयनों को पंप करता है और सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध सेल में 2 K + आयनों को पंप करता है। इस मामले में, एक एटीपी अणु खर्च किया जाता है, जो एटीपीस के फॉस्फोराइलेशन में जाता है, जिसके परिणामस्वरूप Na + को कोशिका से झिल्ली के माध्यम से ले जाया जाता है, और K + एक प्रोटीन अणु को बांधने में सक्षम होता है और फिर इसे स्थानांतरित किया जाता है। कक्ष। झिल्ली पंपों की मदद से सक्रिय परिवहन के परिणामस्वरूप, एटीपी की खपत के साथ, सेल में द्विसंयोजक उद्धरण एमजी 2+ और सीए + की एकाग्रता को भी नियंत्रित किया जाता है। आयनों के सक्रिय परिवहन के संयोजन में, विभिन्न शर्करा, न्यूक्लियोटाइड और अमीनो एसिड प्लाज्मा झिल्ली के माध्यम से प्रवेश करते हैं। इस प्रकार, ग्लूकोज का सक्रिय परिवहन, जो एक साथ (एक साथ) निष्क्रिय रूप से परिवहन किए गए Na + आयन के प्रवाह के साथ कोशिका में प्रवेश करता है, (K +, Na +) - पंप की गतिविधि पर निर्भर करेगा। यदि यह पंप अवरुद्ध हो जाता है, तो जल्द ही झिल्ली के दोनों किनारों पर Na + सांद्रता का अंतर गायब हो जाएगा, जबकि Na + का कोशिका में प्रसार कम हो जाएगा, और साथ ही कोशिका में ग्लूकोज का प्रवाह रुक जाएगा। जैसे ही (K + + Na +) - ATPase का काम बहाल हो जाता है और आयन सांद्रता में अंतर पैदा हो जाता है, तो Na + का फैलाना प्रवाह और साथ ही साथ ग्लूकोज का परिवहन तुरंत बढ़ जाता है। इस कदर

अमीनो एसिड का परिवहन किया जाता है, जो विशेष वाहक प्रोटीन द्वारा झिल्ली के पार ले जाया जाता है जो कि सिम्प्ट सिस्टम के रूप में काम करते हैं, साथ ही साथ आयनों को स्थानांतरित करते हैं। जीवाणु कोशिकाओं में शर्करा और अमीनो एसिड का सक्रिय परिवहन हाइड्रोजन आयनों की प्रवणता के कारण होता है। कम आणविक भार यौगिकों के निष्क्रिय या सक्रिय परिवहन में विशेष झिल्ली प्रोटीन की भागीदारी इस प्रक्रिया की उच्च विशिष्टता को दर्शाती है। निष्क्रिय आयनिक परिवहन के मामले में भी, प्रोटीन इस आयन को "पहचानते हैं", इसके साथ बातचीत करते हैं, विशेष रूप से बांधते हैं, उनकी रचना और कार्य को बदलते हैं। नतीजतन, सरल पदार्थों के परिवहन के उदाहरण पर भी, झिल्ली विश्लेषक के रूप में, रिसेप्टर्स के रूप में कार्य करती है। झिल्ली का रिसेप्टर कार्य विशेष रूप से तब प्रकट होता है जब बायोपॉलिमर कोशिका द्वारा अवशोषित होते हैं।

अंतरकोशिकीय संपर्क।

बहुकोशिकीय जीवों में, अंतरकोशिकीय अंतःक्रियाओं के कारण, जटिल कोशिका समूह बनते हैं, जिनका रखरखाव अलग-अलग तरीकों से किया जाता है। भ्रूण, भ्रूण के ऊतकों में, विशेष रूप से विकास के प्रारंभिक चरणों में, कोशिकाएं एक दूसरे के साथ संचार में रहती हैं, क्योंकि उनकी सतहों की एक साथ रहने की क्षमता होती है। यह संपत्ति आसंजनकोशिकाओं के (कनेक्शन, आसंजन) को उनकी सतह के गुणों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, जो विशेष रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। कभी-कभी, विशेष रूप से मोनोलेयर एपिथेलियम में, पड़ोसी कोशिकाओं के प्लाज़्मा झिल्ली एक बढ़ईगीरी सीवन जैसा दिखने वाले कई आक्रमणों का निर्माण करते हैं। यह इंटरसेलुलर जंक्शन के लिए अतिरिक्त ताकत बनाता है। इस तरह के एक सरल चिपकने वाला (लेकिन विशिष्ट) कनेक्शन के अलावा, कई विशेष अंतरकोशिकीय संरचनाएं, संपर्क या कनेक्शन हैं जो विशिष्ट कार्य करते हैं। ये लॉकिंग, एंकरिंग और संचार कनेक्शन हैं। ताला, या तंग,कनेक्शन एकतरफा उपकला की विशेषता है। यह वह क्षेत्र है जहां दो प्लाज्मा झिल्लियों की बाहरी परतें यथासंभव करीब होती हैं। इस संपर्क में अक्सर एक तीन-परत झिल्ली देखी जाती है: दोनों झिल्लियों की दो बाहरी ऑस्मियोफिलिक परतें एक सामान्य परत 2 - 3 एनएम मोटी में विलीन हो जाती हैं। निकट संपर्क के क्षेत्र में प्लाज्मा झिल्ली फ्रैक्चर की प्लैनर तैयारी पर, ठंड और दरार विधि का उपयोग करके, यह पाया गया कि झिल्ली के संपर्क बिंदु ग्लोब्यूल्स (सबसे अधिक संभावना है, प्लाज्मा झिल्ली के विशेष अभिन्न प्रोटीन) पंक्तियों में व्यवस्थित होते हैं। ग्लोब्यूल्स, या धारियों की ऐसी पंक्तियाँ प्रतिच्छेद कर सकती हैं ताकि वे दरार की सतह पर एक जाली या नेटवर्क बना सकें। यह संरचना उपकला, विशेष रूप से ग्रंथियों और आंतों की बहुत विशेषता है। बाद के मामले में, तंग संपर्क प्लाज्मा झिल्लियों के संलयन का एक निरंतर क्षेत्र बनाता है, जो कोशिका को एपिकल (ऊपरी, आंतों के लुमेन में देखते हुए) के हिस्से में घेरता है। इस प्रकार, परत की प्रत्येक कोशिका, जैसे वह थी, इस संपर्क के एक टेप से घिरी हुई है। विशेष रंगों वाली ऐसी संरचनाओं को प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से भी देखा जा सकता है। उन्हें आकृति विज्ञानियों से अंत प्लेटों का नाम मिला। इस मामले में, तंग संपर्क को बंद करने की भूमिका न केवल एक दूसरे के साथ कोशिकाओं का यांत्रिक संबंध है। संपर्क का यह क्षेत्र मैक्रोमोलेक्यूल्स और आयनों के लिए खराब पारगम्य है, और इस तरह यह बाहरी वातावरण (इस मामले में, आंतों के लुमेन) से उन्हें (और उनके साथ शरीर के आंतरिक वातावरण) को अलग करते हुए, इंटरसेलुलर गुहाओं को अवरुद्ध करता है, अवरुद्ध करता है। ) हालांकि सभी तंग जंक्शन मैक्रोमोलेक्यूल्स के लिए बाधाएं हैं, छोटे अणुओं के लिए उनकी पारगम्यता अलग-अलग उपकला में भिन्न होती है। एंकरिंग (आसंजन)कनेक्शन, या संपर्क, तथाकथित इसलिए कहलाते हैं क्योंकि वे न केवल पड़ोसी कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली को जोड़ते हैं, बल्कि साइटोस्केलेटन के तंतुमय तत्वों से भी जुड़ते हैं। इस प्रकार के यौगिक को दो प्रकार के प्रोटीन की उपस्थिति की विशेषता है। उनमें से एक का प्रतिनिधित्व ट्रांसमेम्ब्रेन लिंकर (बाइंडिंग) प्रोटीन द्वारा किया जाता है, जो या तो वास्तविक इंटरसेलुलर जंक्शन में शामिल होते हैं या प्लास्मेलेम्मा के जंक्शन में बाह्य मैट्रिक्स (एपिथेलिया के तहखाने झिल्ली, संयोजी ऊतक के बाह्य संरचनात्मक प्रोटीन) के घटकों के साथ शामिल होते हैं। दूसरे प्रकार में साइटोस्केलेटन के साइटोप्लाज्मिक फाइब्रिल के साथ इस तरह के संपर्क के झिल्ली तत्वों को जोड़ने, या एंकरिंग करने वाले इंट्रासेल्युलर प्रोटीन शामिल हैं। अंतरकोशिकीय बिंदु आसंजन जंक्शन कई गैर-उपकला ऊतकों में पाए जाते हैं, लेकिन आसंजन (चिपकने वाला) की संरचना अधिक स्पष्ट रूप से वर्णित है। टेप, या बेल्ट, मोनोलेयर एपिथेलियम में। यह संरचना उपकला कोशिका की पूरी परिधि को घेर लेती है, ठीक वैसे ही जैसे यह एक तंग जंक्शन के मामले में होती है। सबसे अधिक बार, ऐसा बेल्ट, या टेप, तंग कनेक्शन के नीचे होता है। इस जगह में, प्लाज्मा झिल्ली को एक साथ लाया जाता है, और यहां तक ​​\u200b\u200bकि 25 - 30 एनएम की दूरी को थोड़ा अलग कर दिया जाता है, और उनके बीच बढ़े हुए घनत्व का एक क्षेत्र दिखाई देता है। ये ट्रांसमेम्ब्रेन ग्लाइकोप्रोटीन की बातचीत के स्थानों से ज्यादा कुछ नहीं हैं, जो सीए ++ आयनों की भागीदारी के साथ, विशेष रूप से एक दूसरे का पालन करते हैं और दो पड़ोसी कोशिकाओं के झिल्ली का यांत्रिक कनेक्शन प्रदान करते हैं। लिंकर प्रोटीन कैडरिन से संबंधित हैं - रिसेप्टर प्रोटीन जो कोशिकाओं द्वारा सजातीय झिल्ली की विशिष्ट पहचान प्रदान करते हैं। ग्लाइकोप्रोटीन परत के विनाश से व्यक्तिगत कोशिकाओं का अलगाव होता है और उपकला परत का विनाश होता है। झिल्ली के पास साइटोप्लाज्मिक पक्ष से, का संचय घना पदार्थ, जो कोशिका की पूरी परिधि के साथ चलने वाले बीम के रूप में प्लाज्मा झिल्ली के साथ पड़ी पतली (6 - 7 एनएम) फिलामेंट्स की एक परत से जुड़ी होती है। पतले तंतु एक्टिन तंतु हैं; वे प्रोटीन विनकुलिन के माध्यम से प्लाज्मा झिल्ली से बंधते हैं, जो एक घनी पेरी-झिल्ली परत बनाती है। टेप कनेक्शन का कार्यात्मक महत्व न केवल कोशिकाओं के एक दूसरे से यांत्रिक आसंजन में निहित है: टेप में एक्टिन फिलामेंट्स के संकुचन के साथ, सेल का आकार बदल सकता है। फोकल संपर्क, या क्लच प्लेक, कई कोशिकाओं में पाए जाते हैं और विशेष रूप से फ़ाइब्रोब्लास्ट में अच्छी तरह से अध्ययन किए जाते हैं। वे चिपकने वाली टेप के साथ एक सामान्य योजना के अनुसार बनाए जाते हैं, लेकिन छोटे क्षेत्रों के रूप में व्यक्त किए जाते हैं - प्लास्मालेम्मा पर सजीले टुकड़े। इस मामले में, ट्रांसमेम्ब्रेन लिंकर प्रोटीन विशेष रूप से फाइब्रोनेक्टिन जैसे बाह्य मैट्रिक्स प्रोटीन से बंधते हैं। साइटोप्लाज्म की तरफ से, ये वही ग्लाइकोप्रोटीन झिल्ली प्रोटीन से जुड़े होते हैं, जिसमें विनकुलिन शामिल होता है, जो बदले में एक्टिन फिलामेंट्स के बंडल से जुड़ा होता है। फोकल संपर्कों का कार्यात्मक महत्व कोशिका के बाह्य कोशिकीय संरचनाओं के लंगर और एक तंत्र के निर्माण में निहित है जो कोशिकाओं को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। डेस्मोसोमजो प्लाक या बटन की तरह दिखते हैं, वे भी कोशिकाओं को एक दूसरे से जोड़ते हैं। इंटरसेलुलर स्पेस में, एक घनी परत भी दिखाई देती है, जो इंटीग्रल मेम्ब्रेन ग्लाइकोप्रोटीन - डेस्मोग्लिन्स की परस्पर क्रिया द्वारा दर्शायी जाती है, जो कि सीए ++ आयनों के आधार पर, कोशिकाओं को एक दूसरे से जोड़ती है। साइटोप्लाज्मिक पक्ष पर, प्रोटीन डेस्मोप्लाकिन की एक परत प्लास्मोल्मा से सटी होती है, जिसके साथ साइटोस्केलेटन के मध्यवर्ती तंतु जुड़े होते हैं। डेसमोसोम अक्सर उपकला में पाए जाते हैं, इस मामले में मध्यवर्ती फिलामेंट्स में केराटिन होते हैं। हृदय की मांसपेशी, कार्डियोमायोसाइट्स की कोशिकाओं में डेस्मोसोम के हिस्से के रूप में डेस्मिन फाइब्रिल होते हैं। संवहनी एंटोथेलियम में, डेसमोसोम में विमिन मध्यवर्ती तंतु शामिल होते हैं। अर्ध-डेसमोसोम संरचना में डिस्मोसोम के समान होते हैं, लेकिन अंतरकोशिकीय संरचनाओं के साथ कोशिकाओं के संबंध का प्रतिनिधित्व करते हैं। डेसमोसोम और सेमी-डेसमोसोम की कार्यात्मक भूमिका विशुद्ध रूप से यांत्रिक है: वे कोशिकाओं को एक दूसरे से और अंतर्निहित बाह्य मैट्रिक्स से जोड़ते हैं। तंग संपर्क के विपरीत, सभी प्रकार युग्मन संपर्कजलीय घोलों के लिए पारगम्य हैं और प्रसार को सीमित करने में कोई भूमिका नहीं निभाते हैं। स्लॉटेड संपर्ककोशिकाओं के संचार कनेक्शन के रूप में माना जाता है। ये संरचनाएं लाइव प्रसारण में शामिल हैं रासायनिक पदार्थसेल से सेल तक। इस प्रकार के संपर्क को 2 - 3 एनएम की दूरी पर दो पड़ोसी कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली के अभिसरण की विशेषता है। फ्रीजिंग-चिपिंग विधि का उपयोग करना। यह पता चला है कि झिल्ली की दरार पर, अंतराल संपर्कों के क्षेत्र (आकार में 0.5 से 5 माइक्रोन) कणों के साथ बिंदीदार होते हैं - 8 एनएम व्यास में, 8 - 10 एनएम की अवधि के साथ हेक्सागोनल रूप से स्थित होते हैं और लगभग 2 कुएं होते हैं। चैनल का केंद्र। इन कणों को कनेक्सन कहते हैं। अंतर संपर्क के क्षेत्रों में, कोशिकाओं की कार्यात्मक विशेषताओं के आधार पर, 10 - 20 से लेकर कई हजार कनेक्शन हो सकते हैं। Connexons को प्रारंभिक रूप से अलग कर दिया गया था। वे छह कनेक्टिन-प्रोटीन सबयूनिट से बने होते हैं। कनेक्टिन एक दूसरे के साथ जुड़कर एक बेलनाकार समुच्चय बनाते हैं - एक कनेक्शन, जिसके केंद्र में एक नहर होती है। अलग-अलग कनेक्शन प्लाज्मा झिल्ली में बनाए जाते हैं ताकि वे इसे छेद सकें। एक कोशिका के प्लाज़्मा झिल्ली पर एक कनेक्शन एक पड़ोसी सेल के प्लाज्मा झिल्ली पर एक कनेक्शन द्वारा बिल्कुल विरोध किया जाता है, जिससे कि दो कनेक्शनों के चैनल एक पूरे का निर्माण करते हैं। Connexons प्रत्यक्ष अंतरकोशिकीय चैनलों की भूमिका निभाते हैं जिसके माध्यम से आयन और कम आणविक भार पदार्थ कोशिका से कोशिका में फैल सकते हैं। Connexons आंतरिक चैनल के व्यास को बदलकर बंद कर सकते हैं, और इस प्रकार कोशिकाओं के बीच अणुओं के परिवहन के नियमन में भाग ले सकते हैं। न गिलहरी न न्यूक्लिक एसिडस्लॉटेड संपर्कों से नहीं गुजर सकता। कम-आणविक-भार यौगिकों को पारित करने के लिए अंतराल जंक्शनों की क्षमता तंत्रिका मध्यस्थ की भागीदारी के बिना सेल से सेल तक विद्युत आवेग (उत्तेजना तरंग) के तेजी से संचरण को कम करती है। सिनैप्टिक संपर्क (synapses)... Synapses दो कोशिकाओं के बीच संपर्क के क्षेत्र हैं, जो एक तत्व से दूसरे तत्व में उत्तेजना या अवरोध के एकतरफा संचरण के लिए विशिष्ट हैं। इस प्रकार का संपर्क तंत्रिका ऊतक की विशेषता है और दो न्यूरॉन्स के बीच और न्यूरॉन्स और किसी अन्य तत्व के बीच होता है - एक रिसेप्टर या प्रभावक। न्यूरोमस्कुलर टर्मिनल भी सिनैप्टिक संपर्क का एक उदाहरण है। इंटर्न्यूरोनल सिनैप्स आमतौर पर नाशपाती के आकार के एक्सटेंशन (सजीले टुकड़े) की तरह दिखते हैं। सिनैप्टिक सजीले टुकड़े दूसरे न्यूरॉन के शरीर और उसकी प्रक्रियाओं दोनों से संपर्क कर सकते हैं। तंत्रिका कोशिकाओं (अक्षतंतु) की परिधीय प्रक्रियाएं प्रभावकारी कोशिकाओं (मांसपेशियों या ग्रंथियों) या रिसेप्टर कोशिकाओं के साथ विशिष्ट संपर्क बनाती हैं। नतीजतन, एक सिनैप्स एक विशेष संरचना है जो दो कोशिकाओं के क्षेत्रों (बस डेसमोसोम की तरह) के बीच बनती है। अन्तर्ग्रथनी संपर्कों की साइटों पर, कोशिका झिल्ली को एक अंतरकोशिकीय स्थान द्वारा अलग किया जाता है - लगभग 20-30 एनएम चौड़ा एक अन्तर्ग्रथनी फांक। अक्सर, झिल्लियों के लुमेन में, झिल्लियों के लंबवत स्थित एक पतली पत्ती वाली सामग्री दिखाई देती है। सिनैप्टिक संपर्क के क्षेत्र में उत्तेजना संचारित करने वाली एक कोशिका की झिल्ली को प्रीसानेप्टिक कहा जाता है, दूसरी कोशिका की झिल्ली, जो आवेग प्राप्त करती है, पोस्टसिनेप्टिक कहलाती है। प्रीसिनेप्टिक झिल्ली के पास, बड़ी राशिछोटे रिक्तिकाएँ - मध्यस्थों से भरे अन्तर्ग्रथनी पुटिकाएँ। तंत्रिका आवेग के पारित होने के समय अन्तर्ग्रथनी पुटिकाओं की सामग्री एक्सोसाइटोसिस द्वारा अन्तर्ग्रथनी फांक में जारी की जाती है। साइटोप्लाज्म से इसके पास कई पतले तंतुओं के जमा होने के कारण पोस्टसिनेप्टिक झिल्ली अक्सर सामान्य झिल्लियों की तुलना में मोटी दिखती है। प्लाज्मोड्समाटा।इस प्रकार का अंतरकोशिकीय संचार पौधों में पाया जाता है। प्लास्मोडेसमाटा पतली ट्यूबलर साइटोप्लाज्मिक नहरें हैं जो दो आसन्न कोशिकाओं को जोड़ती हैं। इन चैनलों का व्यास आमतौर पर २० - ४० एनएम है । इन चैनलों को सीमित करने वाली झिल्ली सीधे पड़ोसी कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली में जाती है। प्लास्मोडेसमाटा कोशिका भित्ति से होकर गुजरती है जो कोशिकाओं को अलग करती है। पड़ोसी कोशिकाओं के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के सिस्टर्न को जोड़ने वाले मेम्ब्रेन ट्यूबलर तत्व प्लास्मोडेसमाटा के अंदर प्रवेश कर सकते हैं। प्लास्मोडेसमाटा विभाजन के दौरान बनता है, जब प्राथमिक कोशिका झिल्ली का निर्माण होता है। नई विभाजित कोशिकाओं में, प्लास्मोडेसमाटा की संख्या बहुत बड़ी हो सकती है (1000 प्रति सेल तक)। कोशिकाओं की उम्र बढ़ने के साथ, कोशिका भित्ति की मोटाई में वृद्धि के साथ टूटने के कारण उनकी संख्या कम हो जाती है। लिपिड की बूंदें प्लास्मोडेसमाटा के साथ आगे बढ़ सकती हैं। कोशिकाएं प्लास्मोडेसमाटा के माध्यम से पादप विषाणुओं से संक्रमित होती हैं।

कक्ष - संरचनात्मक इकाईहमारे ग्रह पर सभी जीवन और एक खुली प्रणाली। इसका मतलब यह है कि इसकी महत्वपूर्ण गतिविधि के लिए, पदार्थों और ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान होता है वातावरण... यह विनिमय झिल्ली के माध्यम से किया जाता है - कोशिका की मुख्य सीमा, जिसे इसकी अखंडता को बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह झिल्ली के माध्यम से होता है कि कोशिका विनिमय किया जाता है और यह या तो किसी पदार्थ की सांद्रता प्रवणता के साथ, या उसके विरुद्ध जाता है। साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में सक्रिय परिवहन एक जटिल और ऊर्जा-खपत प्रक्रिया है।

झिल्ली - अवरोध और स्लुइस

साइटोप्लाज्मिक झिल्ली कई सेल ऑर्गेनेल, प्लास्टिड और समावेशन का हिस्सा है। आधुनिक विज्ञान झिल्ली संरचना के तरल-मोज़ेक मॉडल पर आधारित है। झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का सक्रिय परिवहन इसकी विशिष्ट संरचना के कारण संभव है। झिल्ली का आधार एक लिपिड बाईलेयर द्वारा बनता है - ये मुख्य रूप से फॉस्फोलिपिड होते हैं, जो लिपिड बाईलेयर के अपने मुख्य गुणों के अनुसार स्थित होते हैं, तरलता (क्षेत्रों को एम्बेड करने और खोने की क्षमता), स्व-संयोजन और विषमता हैं। झिल्ली का दूसरा घटक प्रोटीन है। उनके कार्य विविध हैं: सक्रिय परिवहन, स्वागत, किण्वन, मान्यता।

प्रोटीन झिल्ली की सतह पर और अंदर दोनों जगह स्थित होते हैं, और उनमें से कुछ इसे कई बार भेदते हैं। झिल्ली में प्रोटीन की संपत्ति झिल्ली के एक तरफ से दूसरी तरफ जाने की क्षमता है ("फ्लिप-फ्लॉप" जंप)। और अंतिम घटक झिल्ली की सतह पर कार्बोहाइड्रेट की सैकराइड और पॉलीसेकेराइड श्रृंखला है। उनके कार्य आज भी विवादास्पद हैं।

झिल्ली के माध्यम से पदार्थों के सक्रिय परिवहन के प्रकार

कोशिका झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का ऐसा स्थानांतरण सक्रिय होगा, जिसे नियंत्रित किया जाता है, ऊर्जा लागत के साथ होता है और एकाग्रता ढाल के खिलाफ जाता है (पदार्थों को कम सांद्रता वाले क्षेत्र से उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र में स्थानांतरित किया जाता है)। ऊर्जा के किस स्रोत का उपयोग किया जाता है, इसके आधार पर, निम्नलिखित प्रकार के परिवहन को प्रतिष्ठित किया जाता है:

• मुख्य रूप से सक्रिय (ऊर्जा स्रोत - हाइड्रोलिसिस से एडेनोसिन डिफोस्फोरिक एडीपी)।
• माध्यमिक सक्रिय (पदार्थों के प्राथमिक सक्रिय परिवहन के तंत्र के काम के परिणामस्वरूप निर्मित माध्यमिक ऊर्जा द्वारा प्रदान किया गया)।

सहायक प्रोटीन

पहले और दूसरे दोनों मामलों में, वाहक प्रोटीन के बिना परिवहन असंभव है। ये परिवहन प्रोटीन बहुत विशिष्ट हैं और कुछ अणुओं को ले जाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, और कभी-कभी एक निश्चित प्रकार के अणु भी। यह उत्परिवर्तित जीवाणु जीन पर प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हुआ, जिसके कारण झिल्ली में एक निश्चित कार्बोहाइड्रेट के सक्रिय परिवहन की असंभवता हुई। ट्रांसमेम्ब्रेन वाहक प्रोटीन वास्तव में वाहक हो सकते हैं (वे अणुओं के साथ बातचीत करते हैं और इसे सीधे झिल्ली के माध्यम से ले जाते हैं) या चैनल बनाने (झिल्ली में छिद्र बनाते हैं जो विशिष्ट पदार्थों के लिए खुले होते हैं)।

सोडियम और पोटेशियम के लिए पंप

झिल्ली के माध्यम से पदार्थों के प्राथमिक सक्रिय परिवहन का सबसे अधिक अध्ययन किया गया उदाहरण Na + -, K + -पंप है। यह तंत्र झिल्ली के दोनों किनारों पर Na + और K + आयनों की सांद्रता में अंतर प्रदान करता है, जो कोशिका और अन्य चयापचय प्रक्रियाओं में आसमाटिक दबाव बनाए रखने के लिए आवश्यक है। ट्रांसमेम्ब्रेन कैरियर प्रोटीन, सोडियम-पोटेशियम ATP-ase, में तीन भाग होते हैं:

• झिल्ली के बाहर, प्रोटीन में पोटेशियम आयनों के लिए दो रिसेप्टर्स होते हैं।
• झिल्ली के भीतरी भाग में सोडियम आयनों के लिए तीन ग्राही होते हैं।
• प्रोटीन का आंतरिक भाग एटीपी गतिविधि की विशेषता है।

जब दो पोटेशियम आयन और तीन सोडियम आयन झिल्ली के दोनों ओर प्रोटीन रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं, तो एटीपी गतिविधि चालू हो जाती है। एटीपी अणु ऊर्जा की रिहाई के साथ एडीपी को हाइड्रोलाइज्ड किया जाता है, जो पोटेशियम आयनों को अंदर और सोडियम आयनों को साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के बाहर स्थानांतरित करने पर खर्च किया जाता है। ऐसा अनुमान है कि ऐसे पंप की दक्षता 90% से अधिक है, जो अपने आप में काफी आश्चर्यजनक है।

संदर्भ के लिए: एक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता लगभग 40% है, एक इलेक्ट्रिक - 80% तक। दिलचस्प बात यह है कि पंप विपरीत दिशा में काम कर सकता है और एटीपी के संश्लेषण के लिए फॉस्फेट दाता के रूप में काम कर सकता है। कुछ कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, न्यूरॉन्स) के लिए, सभी ऊर्जा का 70% तक सेल से सोडियम को हटाने और पोटेशियम आयनों को अंदर पंप करने पर खर्च किया जाता है। कैल्शियम, क्लोरीन, हाइड्रोजन और कुछ अन्य धनायनों (धनात्मक आवेश वाले आयन) के लिए पंप सक्रिय परिवहन के समान सिद्धांत के अनुसार काम करते हैं। आयनों (ऋणात्मक रूप से आवेशित आयन) के लिए ऐसा कोई पंप नहीं मिला।

कार्बोहाइड्रेट और अमीनो एसिड का सह-परिवहन

द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण कोशिकाओं में ग्लूकोज, अमीनो एसिड, आयोडीन, लोहा और यूरिक एसिड का स्थानांतरण है। पोटेशियम-सोडियम पंप के संचालन के परिणामस्वरूप, एक सोडियम एकाग्रता ढाल बनाया जाता है: एकाग्रता बाहर की तरफ अधिक होती है, और अंदर की तरफ कम होती है (कभी-कभी 10-20 के कारक से)। सोडियम कोशिका में फैल जाता है और इस प्रसार की ऊर्जा का उपयोग पदार्थों को बाहर की ओर ले जाने के लिए किया जा सकता है। इस तंत्र को कोट्रांसपोर्ट या संयुग्म सक्रिय परिवहन कहा जाता है। इस मामले में, वाहक प्रोटीन के बाहर दो रिसेप्टर केंद्र होते हैं: एक सोडियम के लिए और दूसरा परिवहन तत्व के लिए। दोनों रिसेप्टर्स के सक्रियण के बाद ही प्रोटीन में परिवर्तन होता है, और सोडियम की प्रसार ऊर्जा एकाग्रता ढाल के खिलाफ कोशिका में परिवहन किए गए पदार्थ को पेश करती है।

सेल के लिए सक्रिय परिवहन का मूल्य

यदि झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का सामान्य प्रसार मनमाने ढंग से लंबे समय तक चलता है, तो कोशिका के बाहर और अंदर उनकी सांद्रता बराबर हो जाएगी। और यह कोशिकाओं के लिए मृत्यु है। आखिरकार, सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाएं विद्युत संभावित अंतर के वातावरण में होनी चाहिए। सक्रिय के बिना, पदार्थों के परिवहन के खिलाफ, न्यूरॉन्स संचारित करने में सक्षम नहीं होंगे तंत्रिका प्रभाव... और मांसपेशियों की कोशिकाएं सिकुड़ने की क्षमता खो देंगी। कोशिका आसमाटिक दबाव बनाए रखने में सक्षम नहीं होगी और चपटी हो जाएगी। और चयापचय उत्पादों को उत्सर्जित नहीं किया जाएगा। और हार्मोन रक्तप्रवाह में कभी नहीं जाएंगे। आखिरकार, एक अमीबा भी ऊर्जा खर्च करता है और सभी समान आयन पंपों का उपयोग करके इसकी झिल्ली पर एक संभावित अंतर पैदा करता है।

नकारात्मक परिवहनसरल और आसान प्रसार शामिल है - ऐसी प्रक्रियाएं जिनमें ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता नहीं होती है। प्रसार- उच्च स्तर वाले क्षेत्र से झिल्ली के पार अणुओं और आयनों का परिवहन उनकी कम सांद्रता वाले क्षेत्र में, अर्थात्। पदार्थ एक सांद्रण प्रवणता के साथ आते हैं। अर्धपारगम्य झिल्लियों द्वारा जल के विसरण को कहते हैं परासरणपानी प्रोटीन द्वारा निर्मित झिल्ली के छिद्रों से भी गुजरने में सक्षम है और इसमें घुले पदार्थों के अणुओं और आयनों को ले जाता है। सरल प्रसार की क्रियाविधि छोटे अणुओं का स्थानांतरण है (उदाहरण के लिए, O2, H2O, CO2); यह प्रक्रिया बहुत विशिष्ट नहीं है और झिल्ली के दोनों किनारों पर परिवहन किए गए अणुओं की एकाग्रता ढाल के समानुपाती दर से आगे बढ़ती है।

सुविधा विसरणचैनलों और (या) वाहक प्रोटीन के माध्यम से किया जाता है जो परिवहन किए गए अणुओं के लिए विशिष्ट होते हैं। आयन चैनल ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन होते हैं जो छोटे पानी के छिद्र बनाते हैं जिसके माध्यम से छोटे पानी में घुलनशील अणुओं और आयनों को विद्युत रासायनिक ढाल के साथ ले जाया जाता है। वाहक प्रोटीन भी ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन होते हैं जो प्रतिवर्ती गठनात्मक परिवर्तनों से गुजरते हैं जो प्लास्मोल्मा के माध्यम से विशिष्ट अणुओं के परिवहन के लिए प्रदान करते हैं। वे निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन तंत्र दोनों में कार्य करते हैं।

सक्रिय ट्रांसपोर्टएक ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है जिसके कारण अणुओं का स्थानांतरण वाहक प्रोटीन का उपयोग करके किया जाता है विद्युत रासायनिक ढाल... आयनों के विपरीत रूप से निर्देशित सक्रिय परिवहन प्रदान करने वाले तंत्र का एक उदाहरण सोडियम-पोटेशियम पंप (वाहक प्रोटीन Na + -K + -ATPase द्वारा दर्शाया गया है), जिसके कारण Na + आयन साइटोप्लाज्म से हटा दिए जाते हैं, और K + आयन होते हैं साथ ही उसमें स्थानांतरित कर दिया। कोशिका के अंदर K + की सांद्रता बाहर की तुलना में 10-20 गुना अधिक होती है, और Na की सांद्रता इसके विपरीत होती है। आयन सांद्रता में ऐसा अंतर कार्य द्वारा प्रदान किया जाता है (Na * -K *> पंप। इस एकाग्रता को बनाए रखने के लिए, प्रत्येक दो K * आयनों के लिए कोशिका से तीन Na आयनों को कोशिका में स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रक्रिया में, एक प्रोटीन में झिल्ली भाग लेती है, जो एक एंजाइम के रूप में कार्य करता है जो एटीपी को तोड़ता है, पंप को संचालित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को मुक्त करता है।
निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन में विशिष्ट झिल्ली प्रोटीन की भागीदारी इस प्रक्रिया की उच्च विशिष्टता को इंगित करती है। यह तंत्र कोशिका की मात्रा (आसमाटिक दबाव को विनियमित करके), साथ ही साथ झिल्ली क्षमता की स्थिरता के रखरखाव को सुनिश्चित करता है। सेल में ग्लूकोज का सक्रिय परिवहन एक वाहक प्रोटीन द्वारा किया जाता है और इसे Na + आयन के यूनिडायरेक्शनल ट्रांसफर के साथ जोड़ा जाता है।

हल्के परिवहनआयनों की मध्यस्थता विशेष ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन - आयन चैनल द्वारा की जाती है जो कुछ आयनों के चयनात्मक स्थानांतरण प्रदान करते हैं। इन चैनलों में परिवहन प्रणाली और एक गेट तंत्र शामिल है जो झिल्ली क्षमता में परिवर्तन के जवाब में कुछ समय के लिए चैनल खोलता है, (बी) यांत्रिक क्रिया (उदाहरण के लिए, आंतरिक कान के बालों की कोशिकाओं में), एक बंधन लिगैंड (सिग्नलिंग अणु या आयन)।

पदार्थों का झिल्ली परिवहन भी भिन्न होता है उनके आंदोलन की दिशा में और इस वाहक द्वारा किए गए पदार्थों की मात्रा:

• यूनिपोर्ट - ढाल के आधार पर एक दिशा में एक पदार्थ का परिवहन
• सिमपोर्ट एक वाहक के माध्यम से एक दिशा में दो पदार्थों का परिवहन है।
• एंटीपोर्ट - एक वाहक के माध्यम से अलग-अलग दिशाओं में दो पदार्थों की आवाजाही।

यूनीपोर्टउपकरण, उदाहरण के लिए, एक वोल्टेज-निर्भर सोडियम चैनल, जिसके माध्यम से सोडियम आयन ऐक्शन पोटेंशिअल के निर्माण के दौरान सेल में चले जाते हैं।

सिम्पॉर्टआंतों के उपकला कोशिकाओं के बाहरी (आंतों के लुमेन में) स्थित एक ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर को वहन करता है। यह प्रोटीन एक साथ एक ग्लूकोज अणु और एक सोडियम आयन को पकड़ लेता है और, संरचना को बदलते हुए, दोनों पदार्थों को कोशिका में स्थानांतरित करता है। इस मामले में, एक विद्युत रासायनिक ढाल की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, जो बदले में, सोडियम-पोटेशियम एटीपीस के साथ एटीपी के हाइड्रोलिसिस के कारण बनता है।

एंटीपोर्टउदाहरण के लिए, सोडियम-पोटेशियम ATPase (या सोडियम-निर्भर ATPase) किया जाता है। यह पोटेशियम आयनों को कोशिका में स्थानांतरित करता है। और कोशिका से - सोडियम आयन। प्रारंभ में, यह वाहक तीन आयनों को झिल्ली के भीतरी भाग से जोड़ता है ना+. ये आयन ATPase की सक्रिय साइट की संरचना को बदलते हैं। इस तरह की सक्रियता के बाद, एटीपीस एक एटीपी अणु को हाइड्रोलाइज करने में सक्षम है, और फॉस्फेट आयन झिल्ली के अंदरूनी हिस्से से वाहक की सतह पर तय होता है।

जारी ऊर्जा ATPase संरचना को बदलने पर खर्च की जाती है, जिसके बाद तीन आयन ना+ और आयन (फॉस्फेट) झिल्ली के बाहर होते हैं। यहाँ आयन ना+ विभाजित हो जाते हैं और दो आयनों द्वारा प्रतिस्थापित हो जाते हैं क+. फिर वाहक की रचना मूल एक में बदल जाती है, और आयन क+ झिल्ली के भीतरी भाग पर दिखाई देते हैं। यहाँ आयन क+ अलग हो गया, और वाहक फिर से काम के लिए तैयार है

झिल्ली में, 2 प्रकार के विशेष इंटीग्रल प्रोटीन सिस्टम होते हैं जो कोशिका झिल्ली में आयनों के परिवहन को सुनिश्चित करते हैं: आयन पंपतथा आयन चैनल... अर्थात्, झिल्ली के पार 2 प्रमुख प्रकार के आयन परिवहन हैं: निष्क्रिय और सक्रिय।

आयन पंप और ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट

आयन पंप (पंप)- अभिन्न प्रोटीन जो सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध आयनों का सक्रिय परिवहन प्रदान करते हैं। परिवहन के लिए ऊर्जा एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा है। Na + / K + पंप (K + के बदले सेल से Na + को पंप करता है), Ca ++ पंप (सेल से Ca ++ को पंप करता है), Cl- पंप (सेल से Cl को पंप करता है) के बीच अंतर करें। .

आयन पंपों के संचालन के परिणामस्वरूप, ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट बनाए और बनाए रखा जाता है:

• Na +, Ca ++, Cl की सांद्रता - कोशिका के अंदर बाहर की तुलना में कम है (अंतरकोशिकीय द्रव में);
• कोशिका के अंदर K+ की सांद्रता बाहर की तुलना में अधिक होती है।

सोडियम-पोटेशियम पंप का तंत्र।एक चक्र में, NKH सेल से 3 Na + आयनों और 2 K + आयनों को सेल में स्थानांतरित करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि अभिन्न प्रोटीन अणु 2 स्थितियों में हो सकता है। चैनल बनाने वाले प्रोटीन अणु में एक सक्रिय साइट होती है जो या तो Na + या K + को बांधती है। स्थिति (रचना) 1 में, यह सेल में सामना करता है और Na + संलग्न कर सकता है। एंजाइम ATPase सक्रिय होता है, जो ATP को ADP में विभाजित करता है। नतीजतन, अणु रचना 2 में बदल जाता है। स्थिति 2 में, यह कोशिका के बाहर का सामना करता है और K + संलग्न कर सकता है। फिर रचना फिर से बदल जाती है और चक्र दोहराता है।

आयनिक चैनल

आयनिक चैनल- अभिन्न प्रोटीन जो सांद्रता प्रवणता के साथ आयनों का निष्क्रिय परिवहन प्रदान करते हैं। परिवहन के लिए ऊर्जा झिल्ली के दोनों किनारों पर आयन सांद्रता में अंतर है (ट्रांसमेम्ब्रेन आयनिक ग्रेडिएंट)।

गैर-चयनात्मक चैनलों में निम्नलिखित गुण होते हैं:

• वे सभी प्रकार के आयनों को पास करते हैं, लेकिन K + आयनों के लिए पारगम्यता अन्य आयनों की तुलना में बहुत अधिक है;
• हमेशा खुले हैं।

चुनिंदा चैनलों में निम्नलिखित गुण होते हैं:

• केवल एक प्रकार के आयन पारित होते हैं; प्रत्येक प्रकार के आयन के अपने प्रकार के चैनल होते हैं;
• 3 राज्यों में से एक में हो सकता है: बंद, सक्रिय, निष्क्रिय।

चयनात्मक चैनल की चयनात्मक पारगम्यता सुनिश्चित की जाती है चयनात्मक फिल्टर,जो नकारात्मक रूप से आवेशित ऑक्सीजन परमाणुओं के एक वलय से बनता है, जो चैनल के सबसे संकरे बिंदु पर स्थित होता है।

चैनल की स्थिति बदलना कार्य द्वारा प्रदान किया जाता है गेट तंत्र, जिसे दो प्रोटीन अणुओं द्वारा दर्शाया जाता है। ये प्रोटीन अणु, तथाकथित सक्रियण द्वार और निष्क्रियता द्वार, अपनी रचना को बदलकर, आयन चैनल को अवरुद्ध कर सकते हैं।

आराम से, सक्रियण द्वार बंद है, निष्क्रियता द्वार खुला है (चैनल बंद)। जब एक सिग्नल गेट सिस्टम पर कार्य करता है, तो सक्रियण गेट खुल जाता है और चैनल के माध्यम से आयनों का परिवहन शुरू हो जाता है (चैनल सक्रिय हो जाता है)। कोशिका झिल्ली के महत्वपूर्ण विध्रुवण के साथ, निष्क्रियता द्वार बंद हो जाता है और आयनों का परिवहन बंद हो जाता है (चैनल निष्क्रिय हो जाता है)। जब आराम करने वाले संभावित स्तर को बहाल किया जाता है, तो चैनल अपनी मूल (बंद) स्थिति में वापस आ जाता है।

सक्रियण गेट के खुलने का कारण बनने वाले सिग्नल के आधार पर, चयनात्मक आयन चैनलों को इसमें विभाजित किया गया है:

• केमोसेंसिटिव चैनल- सक्रियण द्वार खोलने का संकेत चैनल से जुड़े प्रोटीन-रिसेप्टर की संरचना में परिवर्तन है, जिसके परिणामस्वरूप लिगैंड लगाव होता है;
• वोल्टेज के प्रति संवेदनशील चैनल- सक्रियण द्वार खोलने का संकेत कोशिका झिल्ली की विश्राम क्षमता (विध्रुवण) में एक निश्चित स्तर तक कमी है, जिसे कहा जाता है महत्वपूर्ण स्तरविध्रुवण(केयूडी)।