ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ПЕРЕНОС МОЛЕКУЛ

Среди многообразных явлений, протекающих в клетке, важное место занимают активный и пассивный транспорт веществ, осмос, фильтрация и биоэлектрогенез. В настоящее время стало очевидно, что эти явления так или иначе определяются барьерными свойствами клеточных мембран. Клетка – открытая система, которая непрерывно обменива­ется с окружающей средой веществом и энергией.

Молекулы могут пассивно пересекать бислой по электрохимическому градиенту путем простой или облегченной диффузии. Такому спонтанному переносу, приводящему к установлению равновесия, противостоит активный транспорт, который требует затрат энергии, поскольку он происходит против электрохимического градиента. Эти механизмы схематически представлены на рис. 1.

Во многих случаях биологического транспорта основой переноса веществ является их диффузия че­рез клеточную или многоклеточную мембрану. Способы диффузионного переноса многообразны (рис. 2):

Ø диффузияжирорастворимых веществ через липидную часть мембраны,

Ø перенос гидрофильных веществ через поры, образуемые мембранными липидами и белками,

Ø облегченная диффузия с участием специальных молекул-переносчиков,

Ø избирательный транспорт ионов через ионные каналы.

Однако в процессе эволюции живая клетка создала особый способ переноса, получивший название активного транспорта. В этом случае перенос вещества идет против перепада концентрации и поэтому сопряжен с использованием энергии, универсальным источником которой в клетке является молекула аденозинтрифосфорной кислоты.

Транспорт веществ через биологические мемб­раны можно разделить на два основных типа:

Ø пассивный

Ø активный.

Определения пассивного и активного транспорта связаны с понятием электрохимического потенциала. Известно, что движущей силой любого переноса является перепад энергии. Свободная энергия (энергия Гиббса) определяется при постоянном давлении, температуре и количестве переносимых частиц. Последнее обстоятельство удобно для описания переноса частиц вещества через мембрану с одной поверхности на другую.

Электрохимический потенциал – величина, численно равная энергии Гиббса на один моль дан­ного вещества, помещенного в электрическое поле. Для разведенных растворов:

(1)

где R = 8,31 Дж/(К моль) – универсальная газовая постоянная, F= 96 500 Кл/моль (число Фарадея), Z – заряд иона электролита (в элементарных едини­цах заряда), φ – потенциал электрического поля.

Пассивный транспорт идет в направлении пере­пада электрохимического потенциала вещества, происходит самопроизвольно и не требует свобод­ной энергии АТФ.

Активный транспорт – это такой процесс, при котором перенос происходит из места с меньшим значением электрохимического потенциала к месту с большим его значением. Этот процесс, сопровождающийся ростом энергии, не может идти самопроизвольно, а только в сопряжении с процессом гидролиза АТФ, то есть за счет затраты энергии Гиббса, запасенной в макроэргических связях АТФ.