Какво е пасивен транспорт? Трансмембранното движение на различни високомолекулни съединения, клетъчни компоненти, супрамолекулни частици, които не са в състояние да проникнат през каналите в мембраната, се извършва чрез специални механизми, например с помощта на фагоцитоза, пиноцитоза, екзоцитоза, трансфер през междуклетъчното пространство. Тоест движението на веществата през мембраната може да се осъществи с помощта на различни механизми, които се подразделят според признаците на участието на конкретни носители в тях, както и според консумацията на енергия. Учените класифицират транспорта на веществата на активен и пасивен.
Основни видове транспорт
Пасивният транспорт е пренасянето на вещество през биологична мембрана по градиент (осмотичен, концентрационен, хидродинамичен и други), което не изисква консумация на енергия.
Активният транспорт е трансфервещества чрез биологична мембрана срещу градиент. Това консумира енергия. Приблизително 30 - 40% от енергията, която се образува в резултат на метаболитни реакции в човешкото тяло, се изразходва за активен транспорт на вещества. Ако разгледаме функционирането на човешките бъбреци, тогава около 70 - 80% от консумирания кислород се изразходва за активен транспорт.
Пасивен транспорт на вещества
това предполага трансфер на различни вещества през биологични мембрани по различни градиенти. Тези градиенти могат да бъдат:
- градиент на електрохимичния потенциал;
- градиент на концентрация на веществото;
- градиент на електрическото поле;
- градиент на осмотичното налягане и други.
Пасивният транспортен процес не е такъвизисква каквато и да е консумация на енергия. Може да се направи чрез светлина и проста дифузия. Както знаем, дифузията е хаотично движение на молекули на веществото в различни среди, което се причинява от енергията на топлинните вибрации на веществото.
Ако частица материя еелектрически неутрална, посоката, в която ще се получи дифузия, се определя от разликата в концентрацията на вещества, съдържащи се в средата, които са разделени от мембрана. Например между отделенията на клетката, вътре в клетката и извън нея. Ако частиците на дадено вещество, неговите йони имат електрически заряд, тогава дифузията ще зависи не само от разликата в концентрациите, но и от големината на заряда на дадено вещество, наличието и признаците на заряд от двете страни на мембраната. Величината на електрохимичния градиент се определя от алгебричната сума на електрическите и концентрационните градиенти в мембраната.
Какво осигурява транспорт през мембраната?
Възможен е пасивен мембранен транспорт порадиналичието на градиенти на концентрация на веществото, осмотично налягане, възникващо между различните страни на клетъчната мембрана, или електрически заряд. Например средното ниво на Na + йони, съдържащи се в кръвната плазма, е около 140 mM / L, а съдържанието му в еритроцитите е около 12 пъти по-високо. Такъв градиент, изразен в разлика в концентрацията, е способен да създаде движеща сила, която осигурява пренасянето на натриевите молекули в еритроцитите от кръвната плазма.
Трябва да се отбележи, че скоростта на такъв преходмного ниска поради факта, че клетъчната мембрана се характеризира с ниска пропускливост за йоните на това вещество. Тази мембрана има много по-голяма пропускливост за калиеви йони. Енергията на клетъчния метаболизъм не се използва за простия процес на дифузия.
Скорост на дифузия
Активният и пасивен транспорт на вещества през мембраната се характеризира със скоростта на дифузия. Може да се опише с помощта на уравнението на Фик: dm / dt = -kSΔC / x.
В този случай dm / dt еколичеството на веществото, което се дифузира за една единица време, и k е коефициентът на дифузионния процес, който характеризира пропускливостта на биомембраната за дифузиращото вещество. S е равно на площта, върху която се получава дифузия и ΔC изразява разликата в концентрацията на вещества от различни страни на биологичната мембрана, докато x характеризира разстоянието, което съществува между точките на дифузия.
Очевидно през мембраната най-леснодвижат тези вещества, които дифузират едновременно по градиентите на концентрациите и електрическите полета. Важно условие за дифузията на дадено вещество през мембраната са физическите свойства на самата мембрана, нейната пропускливост за всяко конкретно вещество.
Поради факта, че се образува мембранният двуслойЧрез въглеводородни радикали на фосфолипиди с хидрофобни свойства, вещества от хидрофобна природа лесно дифузират през него. По-специално, това се отнася за вещества, които са лесно разтворими в липиди, например, щитовидни и стероидни хормони, както и някои лекарства с наркотично естество.
Минерални йони и вещества с ниско молекулно тегло,притежаващи хидрофилна природа, те дифузират през пасивни мембранни йонни канали, които се образуват от образуващи канали протеинови молекули, а понякога и чрез мембранни дефекти на фосфолипидни молекули, възникващи в клетъчната мембрана в резултат на топлинни колебания.
Пасивен транспорт през мембраната - процесмного интересно. Ако условията са нормални, значителни количества от веществото могат да проникнат през мембранния бислой само ако са неполярни и са с малки размери. В противен случай трансферът става посредством протеини-носители. Такива процеси с участието на протеин носител се наричат не дифузия, а транспорт на вещество през мембраната.
Улеснена дифузия
Улеснена дифузия, като обикновена дифузия,възниква по градиента на концентрацията на веществото. Основната разлика е, че в преноса на материя участва специална протеинова молекула, наречена носител.
Улеснената дифузия е вид пасивен трансфер на молекули на веществото през биомембрани, осъществяван по градиент на концентрацията с помощта на носител.
Състояния на носителя протеин
Носителят протеин може да бъде намерен в двеконформационни състояния. Например, в състояние А този протеин може да има афинитет към веществото, което носи, местата му за свързване с веществото са обърнати навътре, поради което се образува пора, отворена към едната страна на мембраната.
След като протеинът се е свързал с прехвърлениявещество, неговата конформация се променя и настъпва преходът му в състояние В. При такава трансформация носителят губи афинитета си към веществото. От връзката с носителя той се освобождава и се придвижва към порите вече от другата страна на мембраната. След като веществото се прехвърли, носителят протеин отново променя своята конформация, връщайки се в състояние А. Този транспорт на веществото през мембраната се нарича унипорт.
Скорост на дифузия на светлината
Нискомолекулни вещества като глюкоза могаттранспортирани през мембраната чрез улеснена дифузия. Такъв транспорт може да се случи от кръвта до мозъка, до клетките от интерстициалните пространства. Скоростта на трансфер на вещество с този вид дифузия може да достигне до 108 частици през канала за една секунда.
Както вече знаем, скоростта на активно и пасивнотранспортирането на вещества по време на проста дифузия е пропорционално на разликата в концентрацията на веществото от двете страни на мембраната. В случай на улеснена дифузия, тази скорост се увеличава пропорционално на нарастващата разлика в концентрацията на веществото до определена максимална стойност. Над тази стойност скоростта не се увеличава, въпреки че разликата в концентрациите от различните страни на мембраната продължава да нараства. Постигането на такава максимална точка на скоростта в процеса на улеснена дифузия може да се обясни с факта, че максималната скорост предполага участието на всички налични протеини-носители в процеса на трансфер.
Какви други понятия включват активен и пасивен транспорт през мембраните?
Борсова дифузия
Подобен вид транспорт на молекули на материята презклетъчната мембрана се характеризира с факта, че молекулите от едно и също вещество, които са разположени от различни страни на биологичната мембрана, участват в обмена. Трябва да се отбележи, че при такъв транспорт на вещества концентрацията на молекулите от двете страни на мембраната изобщо не се променя.
Един вид обменна дифузия
Една от разновидностите на обменната дифузияе обмен, при който молекула на едно вещество се превръща в две или повече молекули на друго вещество. Например, един от начините, по които положителните калциеви йони се отстраняват от гладкомускулните клетки на бронхите и кръвоносните съдове от съкратителните миоцити на сърцето, е техният обмен за натриеви йони, разположени извън клетката. В този случай един натриев йон се заменя за три калциеви йона. По този начин се случва движението на натрий и калций през мембраната, което е взаимозависимо. Този тип пасивен транспорт през клетъчната мембрана се нарича антипорт. По този начин клетката е в състояние да се отърве от калциевите йони, които са в излишък. Този процес е необходим, за да се отпуснат гладките миоцити и кардиомиоцитите.
Тази статия разглежда активния и пасивния транспорт на вещества през мембраната.
