Що таке пасивний транспорт? Трансмембранне переміщення різних високомолекулярних сполук, клітинних компонентів, надмолекулярних частинок, які не здатні проникати крізь канали в мембрані, здійснюється за допомогою спеціальних механізмів, наприклад, за допомогою фагоцитозу, піноцитозу, екзоцитозу, перенесення через міжклітинний простір. Тобто переміщення речовин крізь мембрану може відбуватися за допомогою різних механізмів, які поділяються за ознаками участі в них специфічних переносників, а також за енерговитратами. Вчені поділяють транспорт речовин на активний і пасивний.
Основні види транспорту
Пасивний транспорт являє собою перенесення речовини крізь біологічну мембрану по градієнту (осмотический, концентраційний, гідродинамічний і інші), що не вимагає витрат енергії.
Активний транспорт являє собою перенесення речовини крізь біологічну мембрану проти градієнта. При цьому витрачається енергія. Приблизно 30 - 40% енергії, яка утворюється в результаті метаболічних реакції в організмі людини, витрачається на здійснення активного транспорту речовин. Якщо розглядати функціонування людських нирок, то в них на активний транспорт витрачається близько 70 - 80% спожитого кисню.
Пасивний транспорт речовин
він має на увазі перенесення різних речовин крізь біологічні мембрани по різноманітним градиентам. Такими градиентами можуть бути:
- градієнт електрохімічного потенціалу;
- градієнт концентрації речовини;
- градієнт електричного поля;
- градієнт осмотичного тиску та інші.
Процес здійснення пасивного транспорту не потребує будь-яких енерговитрат. Він може відбуватися за допомогою полегшеної і простої дифузії. Як нам відомо, дифузія являє собою хаотичне переміщення молекул речовини в різноманітних середовищах, яке обумовлено енергією теплових коливань речовини.
Якщо частка речовини є електронейтральної, то напрямок, в якому буде відбуватися дифузія, визначається різницею концентрації речовин, що містяться в середовищах, які розділені мембраною. Наприклад, між відсіками клітини, всередині клітини і поза нею. Якщо частинки речовини, його іони мають електричний заряд, то дифузія буде залежати не тільки від різниці концентрацій, а й від величини заряду даної речовини, наявності та знаків заряду по обидва боки мембрани. Величина електрохімічного градієнта визначається алгебраїчною сумою електричного і концентраційного градієнтів на мембрані.
Що забезпечує транспорт через мембрану?
Слід зазначити, що швидкість подібного переходу вельми низька через те, що для клітинної мембрани характерна низька проникність для іонів даної речовини. Набагато більшою проникністю дана мембрана володіє відносно іонів калію. Енергія клітинного метаболізму не використовується для здійснення процесу простої дифузії.
швидкість дифузії
Активний і пасивний транспорт речовин через мембрану характеризується швидкістю дифузії. Описати її можна за допомогою рівняння Фіка: dm / dt = -kSδC / x.
В даному випадку dm / dt є кількість тієї речовини, яка дифундує за одну одиницю часу, а k являє собою коефіцієнт процесу дифузії, який характеризує проникність біомембрани для диффундирующего речовини. S дорівнює площі, на якій відбувається дифузія, а δC висловлює різницю концентрації речовин з різних сторін біологічної мембрани, при цьому x характеризує відстань, яке є між точками дифузії.
Очевидно, що через мембрану найбільш легко будуть переміщатися ті речовини, які дифундують одночасно по градиентам концентрацій і електричних полів. Важливою умовою для здійснення дифузії речовини крізь мембрану є фізичні властивості самої мембрани, її проникність для кожного конкретного речовини.
В силу того, що бислой мембрани сформований вуглеводневими радикалами фосфоліпідів, що володіють гідрофобними властивостями, речовини гидрофобной природи з легкістю дифундують через неї. Зокрема, це відноситься до речовин, які легко розчиняються в ліпідах, наприклад, тиреоїдні та стероїдні гормони, а також деякі речовини наркотичного характеру.
Мінеральні іони і низькомолекулярні речовини, що мають гідрофільну природу, дифундують за допомогою пасивних іонних каналів мембрани, які сформовані з каналоутворюючих білкових молекул, а іноді крізь дефекти упаковки мембрани фосфоліпідних молекул, які виникають в клітинній мембрані в результаті теплової флуктуації.
Пасивний транспорт через мембрану - процес дуже цікавий. Якщо умови нормальні, то значні кількості речовини можуть проникати крізь бислой мембрани тільки в тому випадку, якщо вони неполярні і мають невеликий розмір. В іншому випадку перенесення відбувається за допомогою білків-переносників. Подібні процеси за участю білка-переносника мають назви не дифузією, а транспортом речовини крізь мембрану.
полегшена дифузія
Полегшена дифузія, подібно простої дифузії, відбувається за градієнтом концентрації речовини. Основна відмінність полягає в тому, що в процесі перенесення речовини бере участь спеціальна молекула білка, яка називається переносником.
Полегшена дифузія є видом пасивного перенесення молекул речовини крізь біомембрани, здійснюваним за градієнтом концентрації за допомогою переносника.
Стану білка-переносника
Білок-переносник може знаходиться в двох конформаційних станах. Наприклад, в стані А даний білок може мати спорідненістю з речовиною, яке він переносить, його ділянки для зв'язування з речовиною розгорнуті всередину, за рахунок чого формується пора, відкрита до однієї сторони мембрани.
Після того, як білок зв'язався з стерпним речовиною, змінюється його конформація і відбувається його перехід в стан Б. При такому перетворенні у переносника втрачається спорідненість з речовиною. З зв'язку з переносником воно вивільняється і переміщається в пору вже по іншу сторону мембрани. Після того, як речовина перенесено, білок-переносник знову змінює свою конформацію, повертаючись в стан А. Подібний транспорт речовини крізь мембрану називається уніпортом.
Швидкість при полегшеної дифузії
Низькомолекулярні речовини на зразок глюкози можуть транспортуватися крізь мембрану за допомогою полегшеної дифузії. Такий транспорт може відбуватися з крові в мозок, в клітини з інтерстиціальних просторів. Швидкість перенесення речовини при такому вигляді дифузії здатна досягати до 10 8 частинок через канал за одну секунду.
Як ми вже знаємо, швидкість активного і пасивного транспорту речовин при простої дифузії пропорційна різниці концентрацій речовини з двох сторін мембрани. У разі ж полегшеної дифузії ця швидкість збільшується пропорційно збільшує різниці концентрації речовини до певного максимального значення. Вище цього значення швидкість не збільшується, навіть незважаючи на те що різниця концентрацій з різних сторін мембрани продовжує збільшуватися. Досягнення такої максимальної точки швидкості в процесі здійснення полегшеної дифузії можна пояснити тим, що максимальна швидкість передбачає залучення до процесу перенесення всіх наявних білків-переносників.
Яке поняття ще включають в себе активний і пасивний транспорт через мембрани?
обмінна дифузія
Подібний вид транспорту молекул речовини крізь клітинну мембрану характеризується тим, що в обміні беруть участь молекули одного і того ж речовини, які знаходяться з різних сторін біологічної мембрани. Варто відзначити, що при такому транспорті речовин концентрація молекул по обидва боки мембрани абсолютно не змінюється.
Різновид обмінної дифузії
Однією з різновидів обмінної дифузії є обмін, при якому молекула одного речовини змінюється на дві і більше молекул іншого речовини. Наприклад, один із шляхів, за яким відбувається видалення позитивних іонів кальцію з гладких клітин бронхів і судин з скорочувальних міоцитів серця - це обмін їх на іони натрію, розташовані поза клітиною. Один іон натрію в цьому випадку обмінюється на три іона кальцію. Таким чином, відбувається рух натрію і кальцію крізь мембрану, яка носить взаємообумовлених характер. Подібний вид пасивного транспорту крізь клітинну мембрану називається антипорта. Саме таким чином клітина здатна звільнитися від іонів кальцію, які є в надлишку. Цей процес є необхідним для того, щоб гладкі міоцити і кардіоміоцити розслаблялися.
В даній статті було розглянуто активний і пасивний транспорт речовин через мембрану.
