Транспортування речовин через мембрани

Для нормального існування будь-якої складної системи (чи то екосистема, чи людська спільнота) однією з найважливіших проблем є робота транспортних комунікацій. Зі свого життєвого досвіду ви знаєте, що невирішеність цього питання створює значні складності, а іноді навіть може бути причиною катастрофи. Транспортна проблема існує і на рівні клітин. Вона має два аспекти:

· з одного боку, плазматична мембрана у основній своїй масі є гідрофобною, а зовнішнє і внутрішнє середовище і речовини, які транспортуються, є гідрофільними;

· з іншого боку, перенесення речовин досить часто відбувається не лише з місць, де вони знаходяться у високих концентраціях, у місця, де їх концентрація низька, але і навпаки – з низької у високу.

Яким же чином речовини переносяться через плазмолему? Найпростішою відповіддю на це питання були б отвори у мембрані. Але у такому випадку стає неможливим підтримка сталості внутрішнього середовища клітин. Крім того, біліпідний шар взагалі не може мати отворів. Уявіть лише мильну бульбашку з дірочками. Інший гіпотетичний варіант – утворення на поверхні клітини спеціальних ліпосом, які б транспортували речовини у клітину і з клітини. Цей варіант досить прийнятний, але він не може бути універсальним з суто економічних причин. Природа дуже економна господиня, а створення ліпосом і їх переміщення вимагає постійних витрат значної кількості речовини і енергії. У процесі еволюції з’ясувалося, що проблему клітинного транспорту не можливо розв’язати якимось одним методом. Через те, що речовини, необхідні одноклітинним організмам і клітинам багатоклітинних організмів, дуже різні, існує декілька транспортних механізмів (рис. 1.47). Їх можна поділити на дві великі групи:

· транспорт малих молекул;

· транспорт макромолекул і часток.

Рис. 3. Види мембранного транспорту

Транспортування малих молекул відбувається на основі закономірностей, які пов’язані з різницею фізико-хімічних характеристик середовища у клітині і за її межами.

þ Різницю концентрацій речовин по обидві сторони плазматичної мембрани називають градієнтом концентрації, а різницю електричних зарядів – мембранним потенціалом. Обидва градієнти разом складають електрохімічний градієнт.

У випадку, коли через мембрану проникають неполярні молекули, вони рухаються стосовно концентрації: у напрямку від більшого градієнту до меншого градієнту, до вирівнювання концентрацій. Тому для проникнення у клітину газів (азоту, кисню) та гідрофобних молекул (бензолу) не потрібно ніяких особливих пристосувань.

þ Рух хімічних речовин за градієнтом названий пасивним транспортом. Він не потребує додаткових затрат енергії.

þ Вид пасивного транспорту, при якому речовини проникають безпосередньо через мембранний ліпідний бішар, називають простою дифузією.

Для полярних молекул ліпідний бішар може бути серйозною перешкодою. Дослідження зі штучними мембранами, які складалися лише з ліпідів, показали, що шляхом простої дифузії можуть проникати лише невеликі незаряджені молекули (вода, сечовина, гліцерол, вуглекислий газ). Коли молекула заряджена (іон), то вона проникає через ліпідний бішар значно важче. Наприклад, коефіцієнт дифузії через біліпідний шар у води у 1010 більший, ніж у іону калію. Великі незаряджені молекули (глюкоза, сахароза) також не проникають через біліпідний шар. Але результати експериментів зі штучними мембранами вступають у протиріччя із реальними фактами. Адже добре відомо, що і глюкоза, і амінокислоти та інші великі полярні молекули й іони можуть проникати через плазматичну мембрану. Без такого транспорту існування у клітині було б неможливе.

Це протиріччя легко спростувати, коли згадати, що у клітинній мембрані, крім ліпідів, є ще і білки. Саме вони виконують роль посередників для транспорту тих молекул, проста дифузія яких через біліпідний шар недостатня для нормального існування клітини.

þ Пасивний транспорт, у якому використовуються спеціальні механізми для перенесення речовин, названий полегшеною дифузією.

Білки, які забезпечують полегшену дифузію, можна поділити на два класи:

· до першого класу відносяться білки, що формують канали, через які проникають полярні молекули. Ці білки називають тунельними або каналоутворюючими;

Подібні статті

Отруйні членистоногі України
Членистоногі - лат. Arthropoda. Тип членистоногі - найбільша група первинноротих безхребетних тварин. До цього типу відносяться тварини, тіло яких розділене на членики і має членисті кінцівки. Зовнішня оболонка членистоногих покрита щільни ...

Паразитичні пласкі черв'яки
Проблеми забезпечення здоров'я населення країни є сферою міжгалузевого регулювання і одним з найважливіших аспектів соціальної політики в області охорони здоров'я населення [Демьянков Е. Н., 1996]. Сучасний рівень розвитку медицини вимаг ...