Транспортні процеси

Проникність біомембран

Низькомолекулярні нейтральні речовини, такі, як гази, вода, аміак, гліцерин і сечовина, вільно дифундують через біомембрани. Однак зі збільшенням розміру молекули втрачають здатність проникати через біомембрани. Наприклад, біомембрани непроникні для глюкози та інших цукрів. Проникність біомембран залежить також від полярності речовин. Неполярні речовини, такі, як бензол, етанол, діетиловий ефір і багато наркотики, здатні легко проходити через біомембрани в результаті дифузії. Навпаки, для гідрофільних, особливо заряджених молекул, біомембрани непроникні. Перенесення таких речовин здійснюється спеціалізованими транспортними білками (див. Нижче і с. 222).

Б. Пасивний і активний транспорт

Найпростішою формою транспорту через біомембрани є вільна дифузія (полегшена дифузія). Вона часто полегшується певними мембранними білками, які можна розділити на дві групи:

1. Канальні білки утворюють в біомембранах заповнені водою пори, проникні для певних іонів. Наприклад, є специфічні іонні канали для іонів Na +, К +, Са2 + і Cl- (див. С. 340).

2. На відміну від іонних каналів транспортні білки вибірково зв’язують молекули субстрату і за рахунок конформаційних змін переносять їх через мембрану. У цьому відношенні транспортні білки (білки-переносники, пермеази) схожі на ферменти. Єдина відмінність полягає в тому, що вони «каталізують» спрямований транспорт, а не ферментативну реакцію. Вони виявляють специфічність – іноді групову – до субстратів, що підлягають перенесенню. Крім того, для них характерні певна спорідненість, яке виражається у вигляді константи дисоціації Kd і максимальна транспортна здатність V (див. С. 96).

Вільна дифузія і транспортні процеси, що забезпечуються іонними каналами і переносниками, здійснюються за градієнтом концентрації або градієнту електричного заряду (званим разом електрохімічним градієнтом). Такі механізми транспорту класифікуються як «пасивний транспорт». Наприклад, за таким механізмом у клітини надходить глюкоза з крові, де її концентрація набагато вище.

На противагу цьому механізму активний транспорт йде проти градієнта концентрації або заряду, тому активний транспорт потребує притоку додаткової енергії, яка зазвичай забезпечується за рахунок гідролізу АТФ (див. С. 126). Деякі транспортні процеси здійснюються за рахунок гідролізу інших макроергічних сполук, таких, наприклад, як фосфоенолпіруват, або за рахунок енергії світла.

Активний перенос може поєднуватися з іншим, спонтанно йдуть транспортним процесом (так званий вторинний активний транспорт). Так, наприклад, відбувається в епітеліальних клітинах кишечника і нирок, де глюкоза переноситься проти концентраційного градієнта за рахунок того, що одночасно з глюкозою з просвіту кишечника і первинної сечі переносяться іони Na ​​+. Тут рушійною силою для транспорту глюкози є градієнт концентрації іонів Na + (див. С. 320).

За допомогою транспортних систем здійснюється регуляція об’єму клітин, величини рН та іонного складу цитоплазми. Завдяки транспортним системам клітини накопичують метаболіти, важливі для забезпечення енергетичного циклу та метаболічних процесів, а також виводять в навколишнє середовище токсичні речовини. Транспортні системи забезпечують підтримку іонних градієнтів, істотно важливих для окисного фосфорилювання і стимуляції м’язових і нервових клітин (див. С. 340).

В. Транспортні процеси

Активний транспорт може йти по механізму унипортом (полегшеної дифузії), згідно з яким тільки одна речовина переноситься через біомембранах в одному напрямку за допомогою канальних або транспортних білків (наприклад, транспорт глюкози в клітинах печінки). Активний транспорт може протікати за механізмом сполученого переносу (симпорт, пов’язаний транспорт), коли дві речовини переносяться одночасно в одному напрямку як. наприклад, транспорт амінокислот або глюкози разом з іонами натрію в кишкових епітеліальних клітинах, або в протилежному напрямку (антіпорт, обмінна дифузія), як, наприклад, обмін іонів НСО3- на Cl- в мембрані еритроцитів.

Посилання на основну публікацію