Reklam på portalen

Vad är aktiv transport i biologi. Passiv och aktiv transport. Natrium och kaliumpump

Aktiv transport kallas processer där molekylen ska röra sig genom membranet, oavsett riktning av dess koncentrationsgradient. Oftast uppstår det, IC-regionen med en lägre koncentration i ett område med högre och åtföljs av en ökning av fri energi, vilket är 5,71 LGC2 / C | KJ-mol-1.

Som tidigare angivits är denna process att överföra ämnen från platser med ett mindre värde av elektrokemisk potential på platser med sitt stora värde.

Eftersom den aktiva transporten i membranet åtföljs av en ökning av Gibbs Energy, kan den inte spontant, det vill säga för en sådan process är en parning med viss spontant flytande reaktion nödvändig. I allmänhet kan detta utföras på två sätt: 1) i konjugering med processen med hydrolys ATP, dvs på grund av kostnaden för energi som lagras i makroergiska band; 2) medierad av membranpotentialen och / eller gradienten av koncentrationen av joner i närvaro och membran av specifika bärare.

I det första fallet utförs transport med hjälp av elektriska jonpumpar som arbetar på grund av den fria energin hos ATP-hydrolys. De är relaterade till speciella system av integrerade proteiner och kallas transportpasserar. För närvarande finns det tre typer av elektriska jonpumpar som utför joner genom membranet: K + - Na + - ATPas, på grund av den energi som släpps under hydrolysen av varje ATP-molekyl, överförs två kaliumjoner till cellen och tre natrium joner återställs; I CA2 + - ATPAZ på grund av hydrolys ATP, överförs två kalciumjoner; I H + - Pompe - två protoner.

I det andra fallet är fordonets fordon sekundära, för vilka tre system är djupt undersökta.

Enriktad jonöverföring i ett komplex med en specifik bärare mottog namnet på utsticket. Samtidigt överförs en laddning genom membranet eller ett komplex om bärarmolekylen antingen är antingen eller en tom bärare om transporten är försedd med en laddad bärare. Resultatet av överföringen kommer att vara ackumulering av joner genom att reducera membranpotential. En sådan effekt observeras vid ackumulering av kaliumjoner i närvaro av valinizin i den energiiserade mitokondrierna.

Counter överföring av joner med deltagande av en enda molekyl - bäraren fick namnet på antiportet. Det antas att bärarmolekylen bildar ett fast komplex med var och en av de bärbara jonerna. Överföringen utförs i två steg: För det första korsar en jon membranet från vänster till höger, då är den andra jonen i motsatt riktning. Membranpotentialen ändras inte. Tydligen drivkraft Denna process är skillnaden mellan koncentrationer av en av de bärbara jonerna. Om skillnaden i koncentrationen av den andra jonen var frånvarande, kommer resultaten av överföringen att vara ackumulering av den andra jonen genom att reducera skillnaden i koncentrationerna av den första. Ett klassiskt exempel på en antiport överförs genom cellmembranet av kalium och vätejoner som involverar nihiricinantibiotikum. Det bör noteras att de flesta av bärarna fungerar av typen av antiport, dvs substansens rörelse genom membranet blir endast möjlig i utbyte mot något speciellt ämne som har samma laddning, men rör sig i motsatt riktning.

Således utmatningen från en huvudcellkomponent av koncentrationsgrad, Det kan styra substansens rörelse som går mot sin gradient och utföra ett "arbete" tills båda drivkrafterna utjämnas.

En gemensam enriktad överföring av ämnen med deltagande av en dubbel bärare heter Simport. Det antas att två elektroniska partiklar kan vara i membranet: en bärare i ett komplex med en katjon och anjon och en tom bärare. Eftersom membranpotentialen i ett sådant överföringssystem inte förändras kan transportorsaken vara skillnaden mellan koncentrationer av en av jonerna. Man tror att enligt Symport Schema följer att denna process bör åtföljas av en betydande förskjutning av osmotisk jämvikt, eftersom i en cykel överförs två partiklar genom membranet i en riktning.

På grund av närvaron av ganska välutvecklade (teorier, mekanismer för överföring av joner och endogena organiska ämnen Cellen var möjlig att tolka de data som erhölls i läkemedelsexperiment (avsnitt 6.3.3).

Analogt med fig. 6.10 Aktiv transport kan representeras i vägen som visas i fig. 6.11.

I det här fallet bildas bäraren C på utsidan av membranet med ett läkemedel (L) komplex ca. Det tränger in i membranet, klyvde L från hennes andra sida. När det gäller aktiv transport kan koncentrationen av L på insidan av membranet vara mycket mer koncentrerad på det yttre. I motsats till passiv transport (bild 6.10) blir SA-komplexet med ATP-energin till ett komplex med "A, vilket enkelt rensar L (fig 6.11). Med tanke på behovet av energikostnader för att utföra CA-transporten på Membranets motsatta riktning, vi kan anta att / (, (splittringskonstant) på insidan mer K0. Detta är den så kallade asymmetriska splittringen av läkemedelsbärarkomplexet.

Yttre vattenhaltig fas

Koncentration [L] 0 Aktivitet (L) 0

I levande organismer är aktiva transportmekanismer utbredd och kan betraktas som en av de grundläggande funktionerna hos cellen. Exempelvis finns i celler en hög koncentration av kalium och låg natriumkoncentration, i motsats till det extracellulära utrymmet, där dessa joner är i omvänd relation. Membranen är fritt acceptabla för både joner och asymmetrisk fördelning som stöds av konstant "pumpning" natrium från cellen utanför och kalium inuti. Satsen av NS1 i magen är en riktig aktiv transport av H + och SG. Jodkoncentraterna i sköldkörteln enligt en liknande mekanism. Socker överförs mot en högre koncentration i tarm och proximala renal tubuler. Aminosyror i tarmarna, njurarna, musklerna och hjärnan beter sig på samma sätt. Sekretionen av organiska syror (Napa-aminobensoiska, hippourösa) njurrör är en aktiv transportprocess.

Mekanismen för aktiv transport är mycket specifik, eftersom den skapades av naturen för att möta kroppens biologiska behov i de nödvändiga näringsämnena eller produkterna från deras metabolismprodukter från den. När det gäller droger som genomgår aktiv transport, bör de i det här fallet vara nära den kemiska strukturen till kroppens naturliga ämnen. Genom aktiv transport i tarmarna absorberas en analog pyrimidinfluorofour och järn. Med hjälp av samma nivå av Levodoft, tränger in Hematorecephalic-barriären. I njurskanalerna utsöndrar läkemedel relaterade till organiska syror och grunder.

Sammanfattningsvis övervägande av tför ämnen behöver återigen betona att i processen med vital aktivitet korsar cellerna de olika substanserna vars strömmar är effektivt justerbara. Med denna uppgift inbyggda ett cellmembran med transportsystem inbyggda i den, inklusive joniska pumpar, bärare och hög selektivt molekylsystem jonkanaler.

Ett sådant överflöd av överföringssystem vid första anblicken verkar onödigt, eftersom arbetet med endast jonpumpar gör att du kan säkerställa karakteristiska egenskaper biologisk transport: Ljus selektivitet, överföringen av ämnen mot diffusionskrafterna och det elektriska fältet. Paradoxen är emellertid mängden flöden som ska regleras är oändligt stort, medan pumpar är bara tre. I detta fall, mekanismerna för jonkonjugering, som fick namnet på sekundär aktiv transport, där diffusa processer spelar en viktig roll. Således är kombinationen av aktiva fordon av ämnen med fenomenen av diffusionsöverföring i cellmembran basen som säkerställer cellens vitala aktivitet.

Vid transport av joner deltar membrantransportproteiner i Plasmama. Dessa proteiner kan utföra ett ämne (förena) eller flera ämnen samtidigt (SymPL), och tillsammans med importen av ett ämne, mata ut den andra (antiport). Glukos kan till exempel vara i celler sympatiskt tillsammans med Na + -jonen. Transport av joner kan uppstå i koncentrationsgradient, dvs passivt, utan ytterligare energikostnader. I fallet med passiv transport bildar vissa membrantransportproteiner molekylära komplex, kanaler genom vilka upplösta molekyler passerar genom membranet på grund av en enkel diffusion över koncentrationsgradienten. Några av dessa kanaler är öppna ständigt, andra kan stänga eller öppna i svar eller bindning till signalmolekyler eller för att ändra den intracellulära koncentrationen av joner. I andra fall är speciella membranbärare selektivt associerade med en eller annan jon och överför den genom membranet (ljusdiffusion). Koncentrationen av joner i cytoplasma av celler är skarpt annorlunda inte bara på koncentrationen i den yttre miljön, men även på plasma av blod, tvättceller i organismen av högre djur. Den totala koncentrationen av monovalenta katjoner både inuti cellerna och är nästan densamma (150 mm), är isotonisk. Men i cytoplasmkoncentrationen till + nästan 50 gånger högre, och Na + är lägre än i blodplasma, och denna skillnad upprätthålls endast i en levande cell: om cellen dödas eller undertrycks i metaboliska processer, då efter ett tag, Joniska skillnader på båda sidor plasmamembranet försvinner. Du kan helt enkelt kyla cellerna till +2 o C, och efter en tid kommer koncentrationen av K + och Na + på båda sidor av membranet att bli densamma. När celluppvärmning återställs denna skillnad. Detta fenomen beror på det faktum att i celler finns membranproteinbärare som arbetar mot en koncentrationsgradient, spenderar energi på bekostnad av ATP-hydrolys. Denna typ av ämnen överföring kallas aktiv transport, och den utförs med användning av proteinjonpumpar. I plasmamembranet finns en tvåfjädrad molekyl (K + + Na +) - pumpen, som samtidigt och atpasus. Denna pump pumpas ut för en cykel av 3 joner Na + och pumpar 2 jon till jonen till koncentrationsgradienten. Samtidigt spenderar en ATP-molekyl på fosforyleringen av ATPasen, som ett resultat av vilket Na + överförs genom membranet från cellen, och K + kan kontakta proteinmolekylen och sedan överföras till cellen. Som ett resultat av aktiv transport med användning av membranpumpar uppträder reglering i koncentrationscellen och bivalenta katjoner mg2 + och Ca + också, även med kostnaden för ATP. I kombination med den aktiva transporten av joner penetrerar olika sockerarter, nukleotider och aminosyror genom plasmamembranet. Således penetrerar den aktiva transporten av glukos, som är sympatisk (samtidigt) cellen tillsammans med flödet av passivt transporterad jon Na +, beror på aktiviteten (K +, Na +) - pumpen. Om denna pump är blockerad, kommer skillnaden mellan koncentrationen av Na + på båda sidor av membranet att försvinna, medan diffusionen av Na + inuti cellen kommer att reduceras och samtidigt kommer flödet av glukos i cellen upphöras. Så snart operationen återställs (K + + Na +) - ATPase och skillnaden i koncentrationen av joner skapas, då är diffusströmmen Na + och samtidigt glukostransporter samtidigt. Så här

aminosyror transporteras, vilka överförs genom membranet med speciella bärarproteiner som arbetar som sympathensystem, överföring av joner samtidigt. Aktiv transport av sockerarter och aminosyror i bakterieceller beror på en gradient av vätejoner. Deltagandet av speciella membranproteiner i passiv eller aktiv transport av anslutningar med låg molekylvikt visar den höga specificiteten av denna process. Även i fallet med passiv jontransport, känner proteinerna "" denna jon, interagera med den, bindande till specifikt ändra deras konformation och funktion. Därför, redan på exemplet att transportera enkla ämnen membran, som analysatorer som receptorer. Membranets receptorfunktion manifesteras speciellt vid absorption av biopolymerer genom cell.

Intercellulära kontakter.

I multicellulära organismer bildas, på grund av intercellulära interaktioner, bildas komplexa cellensembler, vars underhåll utförs av olika banor. I germinala, embryonala vävnader, särskilt i de tidiga utvecklingsstadierna, förblir cellerna i samband med varandra på grund av deras ytor att hålla ihop. Den här egenskapen adhesion (Föreningar, koppling) kan bestämmas av egenskaperna hos deras ytor som specifikt interagerar med varandra. Ibland, speciellt i enskiktepitel, bildar plasmemembran av närliggande celler flera pensioner som liknar snickare sömmar. Detta skapar en extra styrka av den intercellulära föreningen. Förutom en sådan enkel lim (men specifik) förening finns det ett antal speciella intercellulära strukturer, kontakter eller anslutningar som utför vissa funktioner. Dessa är låsande, bindnings- och kommunikationsföreningar. Låsning eller tät Anslutningen är karakteristisk för enskiktepitel. Detta är en zon där de yttre skikten av två plasmamembran är mest nära som möjligt. En treskikt av membranet i denna kontakt är ofta synlig: två yttre osmofila skikt av båda membranen verkade slås samman i ett gemensamt lager 2 - 3 nm tjockt. På planpreparaten av det plazomatiska membranet, i zonen av tät kontakt med användning av frysnings- och gungningsmetoden, fann man att membrankontaktpunkterna är globulerade (mest troliga, speciella integrerade proteiner i plasmamembranet) som byggdes av rader. Dessa rader av globule, eller remsor, kan korsa på ett sådant sätt att det bildas ett rutnät eller ett nätverk på ytan av kycklingen, är mycket karakteristiskt för denna struktur för epitel, särskilt ferruginous och tarm. I det senare fallet bildar den täta kontakten en solid fusionszon av plasmamembran, en glidcell i den apikala (toppen, tittar på tarmslumen) av dess delar. Således verkar varje cell i behållaren cirkulerad med ett band av denna kontakt. Sådana strukturer med speciell färgning kan ses under det ljusmikroskop. De fick namnet på stängningsplattorna i morfologer. I det här fallet är rollen som en avslutande tät kontakt inte bara i den mekaniska anslutningen av celler med varandra. Detta kontaktområde är dåligt genomträngligt för makromolekyler och joner, och sålunda låses det, blåser upp det intercellulära håligheten, isolerar dem (och tillsammans med dem kroppens inre medium) från den yttre miljön (i det här fallet, tarmen lumen). Även om alla täta kontakter är hinder för makromolekyler, är deras permeabilitet för små molekyler annorlunda i olika epitel. Bearing (Clutching) Föreningarna eller kontakterna är så kallade eftersom de inte bara förbinder plasmamembranen i närliggande celler, men binder också till fibrillära element i cytoskelet. För denna typ av föreningar karakteriseras närvaron av två typer av proteiner. En av dem representeras av transmembranlänkar (bindemedel) proteiner som är involverade i antingen omvänd intercellulär förening eller i sammansättning av plasmama med komponenter i den extracellulära matrisen (basal epitelmembran, extracellulära strukturella proteiner av bindväv). Den andra typen innefattar intracellulära proteiner som förbinder eller bindande membranelement av sådan kontakt med cytoplasmatiska fibriller av cytoskeleten. Intercellulära punktkopplingsföreningar detekteras i många icke-epitelvävnader, men strukturen hos den bindemedel (bindemedelsstrukturen beskrivs tydligare. band, eller bälte, i enskiktepitel. Denna struktur flyttar hela perimetern av epitelcellen, precis som det förekommer i fallet med en tät anslutning. Oftast ligger ett sådant bälte eller band under den täta anslutningen. På detta ställe samlas plasmamembranet, och till och med flera från varandra avståndet på 25-30 nm, och en ökad densitetszon är synlig mellan dem. Detta är inget mer än interaktionen mellan transmembrangulcoproteiner, som med deltagandet av Ca ++ -joner är specifikt förbundna med varandra och åstadkomma en mekanisk anslutning av membranen hos två intilliggande celler. Linkerproteiner hänför sig till kadheleriner - receptorer som tillhandahåller specifikt erkännande av homogena membranceller. Förstörelsen av skiktet av glykoproteiner leder till separation av enskilda celler och förstörelsen av epithelialbildning. Från den cytoplasmiska sidan nära membranet är ett kluster synligt tät substansTill vilket ett lager av tunna (6-7 nm) filament ligger längs plasmamembranet i form av en stråle som kommer runt hela cellens hela perimeter. Tunna filament hör till aktinfibriller; De binder till plasmamembranet av vinculinproteinet som bildar ett tätt närmare lager. Det funktionella värdet av bälteföreningen är inte bara i den mekaniska kopplingen av celler med varandra: medan reducerande aktinfilament i tejpen kan förändra cellens form. Brännkontakter, eller kopplingsplåtarDet finns många celler och är särskilt väl studerade vid fibroblaster. De är konstruerade av en gemensam plan med limband, men uttrycks i form av små områden - plack på plasmaskåp. I detta fall är transmembranlänkningsproteiner specifikt associerade med proteinerna hos den extracellulära matrisen, exempelvis med fibronektin. Från cytoplasmen är samma glykoproteiner associerade med grambratiska proteinerna, vilket innefattar vinculin, som i sin tur är associerad med gänget av aktinfilament. Det funktionella värdet av fokakontakter är båda i att fixera cellen på extracellulära strukturer och i skapandet av en mekanism som tillåter celler att röra sig. DosemomomomomiAtt ha en form av plack eller knappar, anslut också celler med varandra. I det intercellulära utrymmet är ett tätt skikt också synligt här, som presenteras genom att interagera integrerade membranglykoproteiner - desmogleiner, som, beroende på Ca ++ -joner, är anslutna till varandra. Från den cytoplasmiska sidan är ett lager av protein-desmoplakin, med vilket mellanliggande filament av cytoskeleten associeras med plasmolemma. Dosemomom finns oftast i epithelerna, i detta fall innehåller mellanliggande filament keratiner. Celler i hjärtmuskeln, kardiomyocyter, innehåller despine fibriller i designern. I entototel av fartyg är Vimentino-mellanliggande filament en del av förtvivlan. Pedesmosmos liknar strukturen med des #, men är en kombination av celler med intercellulära strukturer. Den funktionella rollen är Desmembos och semiammos är rent mekaniska: de kopplar cellerna med varandra och med ämnet extracellulär matris. Till skillnad från tätt kontakt alla typer kopplingskontakter Genomtränglig för vattenhaltiga lösningar och spelar ingen roll i begränsande diffusion. SLISALKONTAKTER Kallade kommunikationsföreningar beaktas. Dessa strukturer är inblandade i direktöverföring kemiska substanser Från buret till cellen. För denna typ av kontakter kännetecknas det av konvergensen av plasmamembran av två närliggande celler på ett avstånd av 2-3 nm. Med hjälp av frysningsmetoden - gungning. Det visade sig att i chips membran av slitsontaktzonen (mätning från 0,5 till 5 | im) är fyllda med partiklar av 7-8 nm i diameter, belägen hexagonalt med en period av 8-10 nm och i mitten av kanalen ca 2 yam bredd. Dessa partiklar kallades Connexon. I zonerna i den slitsade kontakten kan vara från 10 till 20 till flera tusen kopplingar beroende på cellernas funktionella egenskaper. Connexons tilldelades preparativ. De består av sex subenheter av Connectin-protein. Kombinera varandra, ansluter ansluts en cylindrisk enhet - Connexon, i mitten av vilken det finns en kanal. Separata kopplingar är inbyggda i plasmamembranet så att det projiceras genom. Ett Connexon på plasmamembrancellerna motsätter sig exakt Connexon på plasmamembranet i en närliggande cell, så att kanalerna i två anslutningar bildar ett enda heltal. Connexons spelar rollen som direkt intercellulära kanaler, längs vilka joner och ämnen med låg molekylvikt kan diffundera från cellen i cellen. Connexons kan stängas genom att ändra den interna kanalens diameter, och de innebär i reglering av transportmolekyler mellan celler. Varken proteiner eller nukleinsyror Genom slitskontakterna kan inte passera. Slitskontakternas förmåga att passera lågmolekylära föreningar underlagtar den snabba överföringen av en elektrisk puls (excitationsvåg) från cellen till cellen utan nervmediatorns deltagande. SyPical Contact (synapses). Synaps är sektioner av kontakter av två celler som anges för ensidig överföring av excitation eller bromsning från ett element till ett annat. Denna typ av kontakter är karakteristisk för nervvävnad och uppträder både mellan två neuroner och mellan neuroner och någon annan element-receptor eller effektor. Ett exempel på en synaptisk kontakt är också en nervös muskulös slut. Internersion synapser har vanligtvis en slags päronformade förlängningar (plack). Synaptiska plack kan kontakta både kroppen av en annan neuron och med sina processer. Perifera processer av nervceller (axoner) bildar specifika kontakter med celleffektiva celler (muskel- eller järn) eller receptorceller. Följaktligen är syreps en specialiserad struktur som bildas mellan sektionerna av två celler (såväl som desmasom). På platser av synaptiska kontakter separeras cellmembranen av det intercellulära utrymmet - en synaptisk slits på ca 20-30 nm bred. Ofta i lumen av slitsen, den tunna blomman, vinkelrätt belägen i förhållande till membranmaterialet. Membranet av en cellsändande excitation, i området av synaptisk kontakt kallas den presynaptiska membranet i en annan cell som uppfattar pulsen är postsynaptisk. Nära det presynaptiska membranet detekteras stor mängd Små vakuoler - synaptiska bubblor fyllda med mediatorer. Innehållet i de synaptiska bubblorna vid tidpunkten för passage av nervpulsen utmatas av exocytos i den synaptiska slitsen. Det postsynaptiska membranet ser ofta den tjockare av vanliga membranen på grund av ackumuleringen nära den från cytoplasman av ett flertal tunna fibriller. Plasmodesma. Denna typ av intercellulära slipsar sker i växter. Plasmodesma är tunna rörformiga cytoplasmiska kanaler som förbinder två närliggande celler. Diametern hos dessa kanaler är vanligtvis 20-40 nm. De begränsande membrankanalerna omvandlas direkt till plasmamembran av intilliggande celler. Plasmodesma passerar genom cellväggsavskiljande celler. De membranrörformiga elementen kan penetrera inuti plasmoderna, som förbinder tankarna hos det endoplasmatiska retikulumet i närliggande celler. Plasmodesma bildas under uppdelningen när det primära cellskalet är byggt. I de enda delade cellerna kan antalet plasmodes vara mycket stora (upp till 1000 per cell). När cellåldern faller deras antal på grund av brytningar med en ökning av tjockleken på cellväggen. Lipiddroppar kan flyttas av plasmodemes. Genom plasmodesma infekteras celler med vegetabiliska virus.

Cellen är en strukturell enhet som alla bor på vår planet och ett öppet system. Detta innebär att för sin försörjning kräver konstant metabolism och energi med miljö. Denna utbyte utförs genom membranet - den huvudsakliga gränsen för cellen, som är utformad för att bevara sin integritet. Det är genom membranet att den cellulära utbytet utförs och det kommer till en gradient av koncentrationen av något ämne eller mot. Aktiv transport genom det cytoplasmiska membranet - Processen är komplex och energiförbrukande.

Membran - Barriär och Gateway

Det cytoplasmatiska membranet är en del av många cellulära organeller, plastider och inklusioner. Modern vetenskap är baserad på den flytande mosaikmodellen av membranstrukturen. Den aktiva transporten av ämnen genom membranet är möjligt på grund av sin specifika struktur. Basen av membran bildar lipidblay - främst fosfolipider, belägna i enlighet med deras huvudegenskaper hos Lipid-dubbelskiktet - är fluiditet (förmågan att bädda in och förlora områden), självmontering och asymmetri. Den andra komponenten av membran - proteiner. Deras funktioner är olika: Aktiv transport, mottagning, jäsning, erkännande.

Proteiner är belägna både på ytan av membran och inuti, och några per några gånger genomtränger den. Proteinegenskapen i membranet är förmågan att övergå från ena sidan av membranet till en annan ("flip-flop" av korsningen). Och den sista komponenten - sackarid och polysackarid kolhydratkedjor på ytan av membran. Deras funktioner och idag är kontroversiella.

Typer av aktiva fordon av ämnen genom membranet

Det kommer att vara aktiv en sådan överföring av ämnen genom ett cellmembran, som styrs, sker med energikostnader och är mot koncentrationsgradienten (substanserna överförs från en lågkoncentrationsregion till en hög koncentrationsregion). Beroende på vilken energikälla som används, särskiljs följande typer av transport:

  • Ursprungligen aktiv (energikälla - hydrolys till adenosininfusion ADP).
  • Den sekundära aktiva (säkerställd av den sekundära energin som skapades som ett resultat av driften av mekanismerna för primära aktiva fordon).

Proteiner-assistenter

Och i det första och i det andra fallet är transport omöjligt utan bärarproteiner. Dessa transportproteiner är mycket specifika och är avsedda att överföra vissa molekyler, och ibland även en viss mängd molekyler. Detta visade sig experimentellt på muterande bakteriegener, vilket ledde till omöjligheten av aktiv transport genom ett membran av ett visst kolhydrat. Transmembranbärare kan faktiskt vara transporterare (de interagerar med molekyler och bär den direkt genom membranet) eller kanalformning (form porer i membran som är öppna för specifika ämnen).

Natrium och kaliumpump

Det mest studerade exemplet på primära aktiva fordon av ämnen genom membranet är Na + -, K + -NSOS. Denna mekanism säkerställer skillnaden i koncentrationerna av Na + -joner och K + på båda sidor av membranet, vilket är nödvändigt för att bibehålla osmotiskt tryck i cellen och andra metaboliska processer. Transmontredelad proteinbärare - Natrium-kalium ATP-AZA - består av tre delar:

  • På utsidan av membranet är proteinet placerat två receptorer för kaliumjoner.
  • På insidan av membranet - tre receptorer för natriumjoner.
  • Den inre delen av proteinet kännetecknas av ATP-aktivitet.

När två kaliumjoner och tre natriumjoner är associerade med proteinreceptorer på båda sidor av membranet aktiveras ATP. ATP-molekylen hydrolyseras till ADP med frisättning av energi, som spenderas på överföringen av kaliumjoner inuti och natriumjoner kommer att utåt cytoplasmiskt membran. Det beräknas att effektiviteten hos en sådan pump är mer än 90%, vilket i sig är ganska överraskande.

För referens: Effektiviteten hos förbränningsmotorn är cirka 40%, elektrisk - upp till 80%. Intressant kan pumpen också fungera i motsatt riktning och tjäna som en fosfatdonor för ATP-syntes. För vissa celler (till exempel, neuroner) karakteriseras utgifterna upp till 70% av den totala energin av natriumavlägsnande från cellen och pumpning av insidan av kaliumjoner. Med samma princip för aktiv transport, pumpar för kalcium, klor, väte och några andra katjoner (joner med positiv laddning). För anjoner (negativt laddade joner) detekterades inte sådana pumpar.

Kolhydrat och aminosyror

Ett exempel på sekundär aktiv transport kan överföras till glukosceller, aminosyror, jod, järn och urinsyra. Som ett resultat av operationen av kalium-natriumpumpen skapas en natriumkoncentrationsgradient: koncentrationen är hög, och insidan är låg (ibland 10-20 gånger). Natrium strävar efter att diffusa i buret och energin i denna diffusion kan användas för transport av ämnen utåt. Denna mekanism kallas Cotransport eller konjugat aktiv transport. I detta fall har bärarproteinet två receptorcentra från den yttre delen: en för natrium och den andra för det transporterade elementet. Först efter aktiveringen av båda receptorerna utsätts proteinet för konformationsförändringar och natriumdiffusionsenergi introducerar en transporterad substans mot koncentrationsgradienten i cellen.

Värdet av aktiv transport för cellen

Om den vanliga diffusionen av ämnen genom membranet fortsatte hur länge koncentrationerna av dem utanför och inuti cellen skulle jämföras. Och det här är för dödscellerna. När allt kommer omkring bör alla biokemiska processer strömma i en elektrisk skillnad mellan potentialerna. Utan aktiv skulle inte mot transport av ämnen av neuroner inte kunna överföra nervös impuls. Och de muskulösa cellerna skulle ha förlorat möjligheten att krympa. Cellen skulle inte kunna bibehålla osmotiskt tryck och utplattad. Och metabolismens produkter skulle inte överstiga. Ja, och hormoner skulle aldrig komma in i blodet. Trots allt spenderar även AMEB energi och skapar skillnaden i potentialer på sitt membran med hjälp av alla samma jonpumpar.

Passiv transportinnehåller enkla och lätta diffusioner - processer som inte kräver energikostnader. Diffusion - Transport av molekyler och joner genom membranet från regionen med en hög region med låg koncentration, de. Ämnen kommer under en koncentrationsgradient. Diffusion av vatten genom halvpermeabla membran kallas osmos. Vatten är kapabelt att passera genom membranporer bildade av proteiner och tolerera molekyler och joner upplösta i IT-ämnen. Mekanismen för enkel diffusion utförs genom överföring av små molekyler (till exempel O2, H2O, CO2); Denna process är minoritet och fortsätter med en hastighet som är proportionell mot koncentrationsgradienten hos de transporterade molekylerna på båda sidor av membranet.

Lätt diffusionden utförs genom kanaler och (eller), bärarproteiner som har specificitet med avseende på transporterade molekyler. Transmembranproteiner som bildar små vattenhaltiga porer verkar som jonkanaler, genom vilka den elektrokemiska gradienten transporteras av små vattenlösliga molekyler och joner. Proteiner-bärare är också transmembranproteiner som genomgår reversibla förändringar i konformationen, vilket ger transport av specifika molekyler genom plasmolm. De arbetar i mekanismerna för både passiv och aktiv transport.

Aktiv transport är en energiintensiv process, på grund av vilken överföringen av molekyler utförs med hjälp av bärarproteiner mot elektrokemisk gradient. Ett exempel på en mekanism som säkerställer den motsatt riktade aktiva transporter av joner är natrium-kaliumpumpen (presenterad av Na + -C + -thhaze-proteinet), tack vare vilka Na + -joner utmatas från cytoplasman och jonerna till + överförs samtidigt till den. Koncentrationen av K + inuti cellen är 10-20 gånger högre än ute och koncentrationen av Na är motsatt. En sådan skillnad i koncentrationerna av joner tillhandahålls av arbetet (Na * -K *\u003e pump. För att upprätthålla denna koncentration utförs de tre najonerna från cellen per varannan joner till * i cellen. I denna process , proteinet deltar i membranet som utför enzymets uppdelning ATP: s funktion, med frisättning av den energi som krävs för pumpoperationen.
Deltagandet av specifika membranproteiner i passiv och aktiv transport indikerar den höga specificiteten av denna process. Denna mekanism säkerställer underhåll av beståndet av volymen av cellen (genom att reglera det osmotiska trycket), liksom membranpotentialen. Den aktiva transporten av glukos i cellen utförs av en proteinbärare och kombineras med enriktad överföring av Na + -jonen.

Lättviktig transport Ioner medieras av speciella transmembranproteiner - jonkanaler som ger selektiv överföring av vissa joner. Dessa kanaler består av själva transportsystemet och bärarmekanismen, som öppnar en kanal under en tid som svar på en förändring i membranpotentialen, (b) en mekanisk effekt (till exempel i innerhårcellerna), ligand bindning (signalmolekyl eller jon).

Membrantransportämnen skiljer sig också i riktning mot deras rörelse och antalet ämnen som överförs av denna operatör:

  • UNPPORPORTANT - Transport av ett ämne i en riktning beroende på gradienten
  • Simport - Transport av två ämnen i en riktning genom en bärare.
  • Antiport är rörelsen av två ämnen i olika riktningar genom en bärare.

Utstöta Genomförande av exempelvis den potentiella beredda natriumkanalen genom vilken natriumjoner flyttas in i cellen under genereringen av potentialen.

Simport Den utför en glukosbärare belägen på den yttre (omvandlade tarmslumen) sidan av intestinala epitelceller. Detta protein fångar glukosmolekylen och natriumjonen och, förändring av konformationen, tolererar båda ämnena inuti cellen. Samtidigt används energin hos en elektrokemisk gradient, vilken är skapad i sin kö på grund av hydrolys av ATP-natrium-kalium ATP-AZA.

Antiport Genomför, till exempel natriumkalium ATPASIS (eller natriumberoende ATPAZ). Det överför kaliumjoner i buret. Och från cellen - natriumjoner. Inledningsvis fäster denna bärare tre joner från insidan av membranet Na. +. Dessa joner förändrar konformationen av Atpasens aktiva centrum. Efter att en sådan aktivering av ATPAZ kan hydrolysera en ATP-molekyl, och fosfatjon är fixerad på bärarens yta från insidan av membranet.

Den separerade energin spenderas på förändringen i ATPasens konformation, varefter tre joner Na. + och jon (fosfat) visar sig vara på utsidan av membranet. Här är joner Na. + dela av och ersättas av två joner K. +. Då varierar konformationen av bäraren till originalet och joner K. + Det visar sig vara på insidan av membranet. Här är joner K. + Split, och bäraren är redo att arbeta igen.

I membranet finns 2 typer av specialiserade integrerade proteinsystem som tillhandahåller jontransport genom cellmembranet: jonpumpar och jonkanaler. Det vill säga det finns 2 grundläggande typer av jontransporter genom membranet: passiv och aktiv.

Jonpumpar och transmembranjongradienter

Jonpumpar (pumpar) - Integrerade proteiner som ger aktiv överföring av joner mot en koncentrationsgradient. Energi för transport är hydrolys ATP. Det finns NA + / K + pumpar (pumpar från Na + -cell i utbyte mot K +), CA +++ pump (pumpar ut Ca ++ -celler), CLP (pumpad ut Cl -).

Som ett resultat av driften av jonpumpar skapas och stöds transmembranjongradienter:

  • koncentrationen av Na +, Ca ++, Cl - inuti cellen är lägre än ute (i intercellulär fluid);
  • koncentrationen av K + inuti cellen är högre än ute.

Mekanismen för natriumkaliumpumpen. NKN för en cykelöverföringar 3 Na + joner från cellen och 2 joner K + till cellen. Detta beror på det faktum att den integrerade proteinmolekylen kan vara i 2 positioner. Proteinmolekylen, som bildar en kanal, har ett aktivt område som binder antingen Na + eller K +. I läge (konformation) 1 adresseras den inuti cellen och kan bifoga Na +. Athfas Enzym aktiverat, en ATF till ADF. Som ett resultat blir molekylen till konformation 2. I läge 2 är den vänd utanför cellen och kan bifoga K +. Därefter ändras konformationen igen och cykeln upprepas.

Jonkanaler

Jonkanaler - Integrerade proteiner som ger passiv transport av joner på en koncentrationsgradient. Energi för transport är skillnaden i koncentrationen av joner på båda sidor av membranet (transmembranjongradient).

Icke-selektiva kanaler har följande egenskaper:

  • alla typer av joner passeras, men permeabilitet för K + joner är signifikant högre än för andra joner;
  • alltid är i det öppna tillståndet.

Selektiva kanaler har följande egenskaper.:

  • endast en typ av joner passerar; För varje typ av joner finns det sin egen typ av kanaler;
  • kan vara i ett av de 3 staterna: stängt, aktiverat, inaktiverat.

Selektiv permeabilitet hos den selektiva kanalen säkerställs selektivt filter,som bildas av en ring av negativt laddade syreatomer, som är belägen i kanalens smala punkt.

Ändring av kanalen för kanalen säkerställs av arbetet samlingsmekanism, som representeras av två proteinmolekyler. Dessa proteinmolekyler, så kallade aktiveringsportar och inaktiverande grindar, som ändrar sin konformation, kan överlappa jonkanalen.

I ett viloläge är aktiveringsportar stängda, de inaktiveringsportarna är öppna (kanalen är stängd). Under åtgärd på den bärbara signalsignalen öppnas aktiveringsportarna och transporten av joner genom kanalen (kanalen aktiveras). Med en signifikant depolarisering av membranet är cellerna inaktivitetsdörrar stängda och transporten av joner upphör (kanalen är inaktiverad). När du återställer nivån på vilopotentialen, återgår kanalen till det ursprungliga (stängda) tillståndet.

Beroende på signalen, som orsakar öppningen av aktiveringsporten, är selektiva jonkanaler uppdelade i:

  • chemoch-känsliga kanaler - Signal till öppning av aktiveringsgrinden är förändringen i konformationen associerad med protein-receptorkanalen som ett resultat av fastsättning till liganden till den;
  • potentiella kanaler - Signalen till öppningen av aktiveringsporten är minskningen av fredlig potential (depolarisation) cellmembranet upp till en viss nivå som heter kritisk nivå Avpolarisering(KUD).