Пассивный и активный транспорт

Мембранный транспорт -частный случая явления переноса веществ через биологическую мембрану.

К явлениям переноса относят:

ü перенос массы вещества (диффузия);

ü перенос импульса (вязкость);

ü перенос энергии (теплопроводность);

ü перенос заряда (электропроводность).

Виды мембранного транспорта:

Пассивный -перенос молекул и ионов по градиенту химического (или электрохимического потенциалов или перенос молекул из мест с большей концентрацией вещества в места с меньшей концентрацией вещества. Это самопроизвольный процесс (ΔG<0 - энергия Гиббса уменьшается).

Плотность потока вещества через мембрану определяется уравнением Теорелла:

ü J - моль/(м²·с)

ü - градиент химического или электрохимического потенциала (означает изменение химического или электрохимического потенциала при переносе вещества через мембрану толщиной x)

ü U - коэффициент подвижности молекул.

ü С - концентрация вещества.

Пассивный транспорт неэлектролитов (например глюкозы) при обычной диффузии определяется уравнением Фика, которое выводится на основании подстановки и дифференцирования выражения для химического потенциала веществ - в уравнение Теорелла

ü - градиент концентрации вещества (является движущей силой переноса вещества)

ü RTU = D - коэффициент диффузии - м²/с.

ü R - Универсальная газовая постоянная.

знак «-» показывает, что суммарная плотность потока вещества направлена в сторону уменьшения концентрации вещества.

Пассивный транспорт электролитов (ионов К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺ и т.д) при обычной диффузии определяется уравнением Нернста-Планка, которое выводится на основании подстановки и дифференцирования выражения для электрохимического потенциала веществ - в уравнение Теорелла:

ü Z - заряд иона;

ü F =96500 Кл/моль - число Фарадея.

ü φ - электрический потенциал - В (вольт);

ü - градиент электрического потенциала;

и - являются движущими силами транспорта электролитов при пассивном транспорте.

Виды диффузии:

ü обычная (перенос молекул газов О₂, СО_2, молекул Н₂О и т.д)

ü облегчённа - осуществляется по градиенту химического (электрохимического) потенциала с участием белка-переносчика.

Свойства облегчённой диффузии:

ü Наличие эффекта насыщения (количество белков-переносчиков в мембране фиксировано);

ü Избирательность (для каждого вещества свой белок-переносчик);

ü Чувствительность к ингибиторам;

Наличие переносчиков изменяет кинетику (скорость) транспорта, и она становится сходной с уравнениями ферментативного катализа, только в роли фермента выступает переносчик, а в роли субстрата – переносимое вещество (S):

- уравнение облегченной диффузии

Кт – константа транспорта соответствует константе Михаэлиса и равна концентрации S при Js=Jmax/2.

Активный транспорт -перенос веществ против градиента химического ((электрохимического потенциала или перенос молекул из мест с меньшей концентрацией вещества в места с большей концентрацией вещества. Это не самопроизвольный процесс (ΔG>0 - энергия Гиббса увеличивается), является сопряжённым.

Первично-активный транспорт -транспорт веществ, сопряжённый с реакцией гидролиза АТФ, в ходе которой выделяется энергия, используемая для транспорта веществ через мембрану против градиента химического потенциала.

Примеры ПАТ:

ü транспорт К⁺ и Na⁺ во внешних цитоплазматических мембранах;

ü транспорт Н⁺ в митохондриях;

ü транспорт Са²⁺ во внешних цитоплазматических мембранах.

Вторично-активный транспорт -транспорт веществ, сопряжённый с самопроизвольно протекающим процессом переноса ионов Na⁺ через мембрану по градиенту электрохимического потенциала веществ.

Примеры ВАТ:

ü транспорт сахаров (аминокислот) за счёт энергии градиента электрохимического потенциала ионов Na⁺ (симпорт);

ü Na⁺- Са²⁺ - обмен это транспорт ионов Са²⁺ за счёт энергии градиента электрохимического потенциала ионов Na⁺ (антипорт).

Транспортные АТФ-азы прокариотических и эукаритических клеток делятся на 3 типа: P-тип, V-тип, F-тип.

К АТФ-зам цитоплазматической мембраны этого типа относятся:

ü Na,+K+– АТФ-аза

ü Ca^2+–АТФ-аза плазматическая мембрана эукариот

ü H+– АТФ-аза

Внутриклеточные АТФ - азы P–типа:

Ca²⁺ – АТФ-аза эндо-(сарко) плазматического ретикулума эукариот.

К+ – АТФ-аза наружных мембран прокариот. Устроены довольно просто, действуют как насос.

АТФ-азы V-типа находятся в мембранах в вакуолях дрожжей, в лизосомах, эндосомах, секреторных гранулах животных клеток (Н+–АТФ-азы).

АТФ-азы F-типа находятся в мембранах бактерий, в хлоропластах, митохондриях.

Ионные каналы (унипорт) классифицируют:

А) по типу ионов: натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные каналы;

Б) по способу регуляции:

1) потенциал-чувствительные

2) хемочувствительные (рецептор-управляемые)

3) внутриклеточными веществами (ионами).

В процессе переноса катионов должны выполняться два основных условия (фактора):

1. Стерический – совпадение размеров катиона и гидратной оболочки с размерами канала.

2. Энергетический – взаимодействие катиона с карбоксильными (отрицательно заряженными группировками самого канала).

Дата добавления: 2013-12-13