Мембранный транспорт

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 ее способности пропускать в клетку и из нее различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция клеточной мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, то есть способностью пропускать одни вещества и не пропускать другие.

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.

Активный и пассивный транспорт

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.

Симпорт, антипорт и унипорт

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.

Работа натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта

Основная статья: натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза

Первоначально этот переносчик присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона $Na^+$ . 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 $Na^+$ и ион $PO_4^{3-}$ (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы $Na^+$ отщепляются, а $PO_4^{3-}$ замещается на два иона $K^+$ . Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы $K^+$ оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы $K^+$ отщепляются, и переносчик вновь готов к работе.

Более кратко действия АТФазы можно описать так:

• 1) Она изнутри клетки «забирает» три иона $Na^+$ ,затем расщепляет молекулу АТФ и присоединяет к себе фосфат
• 2) «Выбрасывает» ионы $Na^+$ и присоединяет два иона $K^+$ из внешней среды.
• 3) Отсоединяет фосфат, два иона $K^+$ выбрасывает внутрь клетки

В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов $Na^+$ , а внутри клетки — высокая концентрация $K^+$. Работа $Na^+$, $K^+$ — 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.