Активний транспорт речовин


Акти́вний тра́нспорт речови́н — рух речовин через біологічні мембрани проти градієнта концентрації. Активний транспорт речовин здійснюється або через канали, утворені транспортними білками клітинних мембран, або за допомогою ендоцитозу та екзоцитозу. Активний транспорт йонів забезпечується трансмембранними білками — йонними насосами, які ще називають АТФ-азами. Ці білки використовують енергію молекули АТФ, розриваючи ангідридний зв’язок між крайнім залишком ортофосфату та рештою молекули, для транспорту речовин крізь мембрану проти градієнта концентрації. У результаті розщеплення однієї молекули АТФ 3 йони Натрію переносяться з клітини назовні, а 2 йони Калію — всередину. Головна роль активного транспорту йонів — забезпечення розподілу йонів між клітиною та позаклітинним середовищем.

Натрій-калієвий насос

У клітинах тварин важливим механізмом активного транспорту речовин є так званий натрій-калієвий насос, пов’язаний з різницею в градієнті концентрації йонів К+ і Na+ поза і всередині клітини. Концентрація йонів Калію всередині тваринної клітини у 20–40 разів вища, ніж ззовні, а йонів Натрію — у 8–12 разів нижча за їхню концентрацію поза клітиною. Завдяки цьому йони Натрію надходять у клітину, а Калію — виводяться з неї. Але концентрація цих йонів у живій клітині і поза неї ніколи не вирівнюється, оскільки є особливий механізм, який «відкачує» з клітини йони Натрію та «закачує» в неї йони Калію. Цей процес потребує витрат енергії. Завдяки механізму калій-натрієвого насосу енергетично сприятливе (таке, що сприяє вирівнюванню концентрації) надходження йонів Натрію в клітину полегшує енергетично несприятливий (в бік вищої концентрації) транспорт низькомолекулярних сполук (глюкози, амінокислот тощо). Натрій-калієвий насос — це фермент, який розщеплює АТФ, — натрій-калій-залежну АТФ-азу. Він зазвичай розміщений у мембранах й активується за підвищення концентрації йонів Натрію всередині клітини або йонів Калію ззовні клітини. Під час роботи натрій-калієвого насосу енергії розщеплення однієї молекули АТФ вистачає для перенесення трьох позитивно заряджених йонів Na+ з клітини на кожні два позитивних йони К+ у клітину, що супроводжується накопиченням на мембрані різниці електричних потенціалів. Прийнято вважати, що насос діє за принципом каналів, що відкриваються і закриваються.

Класифікація йонних насосів

На сьогодні виявлено чотири типи насосів: йонні насоси P-, V-, F-класів та ABC-транспортери. Останні здійснюють переважно активний транспорт органічних молекул, тоді як перші три зорієнтовані на транспорт неорганічних йонів. АТФ-ази V-класу — протонні помпи, що містяться на мембранах вакуоль клітин грибів і рослин, лізосом та ендосом тваринних клітин та ін. Вони функціонують унаслідок гідролізу АТФ, основна функція — створення кислого середовища у вакуолях, лізосомах, ендосомах тощо. Це складні комплекси, що складаються з двох частин: перша забезпечує транспорт протонів, друга — гідроліз АТФ. АТФ-ази F-класу — протонні помпи, знайдені в плазматичних мембранах бактерій, внутрішніх мембранах мітохондрій та мембранах тилакоїдів хлоропластів. За структурою нагадують АТФ-ази V-класу. Хоча вони є йонними насосами, але фактично у клітинах їхня функція полягає у синтезі АТФ унаслідок пасивного перенесення протонів крізь відповідні мембрани. Звідси їх друга назва — АТФ-синтази. ABC-транспортери — мембранні транспортери, що переважно забезпечують транспорт органічних сполук крізь плазматичну мембрану за рахунок гідролізу АТФ. Серед їхніх лігандів є органічні йони. У ракових клітин спостерігається гіперфункція деяких ABC-транспортерів. Здійснюють транспорт ліків у клітини, тому є причиною множинної лікарської резистентності у трансформованих клітин.

Література

  1. Lodish H. et al. Molecular cell biology. New York : W. H. Freeman, 2016. 1280 p.

Автор ВУЕ