Sel ialah unit struktur semua kehidupan di planet kita dan sistem terbuka. Ini bermakna kehidupannya memerlukan pertukaran berterusan bahan dan tenaga dengan alam sekitar. Pertukaran ini dijalankan melalui membran - sempadan utama sel, yang direka untuk mengekalkan integritinya. Ia adalah melalui membran bahawa metabolisme selular dijalankan dan ia berjalan sama ada sepanjang kecerunan kepekatan bahan, atau menentangnya. Pengangkutan aktif merentasi membran sitoplasma ialah proses yang kompleks dan intensif tenaga.
Membran - penghalang dan pintu masuk
Membran sitoplasma adalah sebahagian daripada banyak organel sel, plastid dan inklusi. Sains moden adalah berdasarkan model mozek cecair struktur membran. Pengangkutan aktif bahan merentasi membran adalah mungkin disebabkan olehnyabangunan tertentu. Asas membran dibentuk oleh dwilapisan lipid - terutamanya fosfolipid yang disusun mengikut sifat hidrofilik-hidrofobiknya. Sifat utama dwilapisan lipid ialah kecairan (keupayaan untuk membenamkan dan kehilangan tapak), pemasangan sendiri, dan asimetri. Komponen kedua membran ialah protein. Fungsi mereka adalah pelbagai: pengangkutan aktif, penerimaan, penapaian, pengecaman.
Protein terletak di permukaan membran dan di dalam, dan sebahagian daripadanya menembusinya beberapa kali. Sifat protein dalam membran adalah keupayaan untuk bergerak dari satu sisi membran ke yang lain (“flip-flop” melompat). Dan komponen terakhir ialah rantaian sakarida dan polisakarida karbohidrat pada permukaan membran. Fungsi mereka masih kontroversi hari ini.
Jenis pengangkutan aktif bahan merentasi membran
Aktif adalah pemindahan bahan melalui membran sel, yang dikawal, berlaku dengan kos tenaga dan bertentangan dengan kecerunan kepekatan (bahan dipindahkan dari kawasan berkepekatan rendah ke kawasan seluas kepekatan tinggi). Bergantung pada sumber tenaga yang digunakan, cara pengangkutan berikut dibezakan:
- Aktif utama (sumber tenaga - hidrolisis asid trifosforik adenosin ATP kepada asid adenosin difosforik ADP).
- Aktif sekunder (disediakan dengan tenaga sekunder yang dicipta hasil daripada mekanisme pengangkutan aktif utama bahan).
Protein-pembantu
Dalam kedua-dua kes pertama dan kedua, pengangkutan adalah mustahil tanpa protein pembawa. Protein pengangkutan ini sangat spesifik dan direka untuk membawa molekul tertentu, dan kadangkala jenis molekul tertentu. Ini telah dibuktikan secara eksperimen pada gen bakteria bermutasi, yang membawa kepada kemustahilan pengangkutan aktif merentasi membran karbohidrat tertentu. Protein pengangkut transmembran boleh menjadi pengangkut sendiri (ia berinteraksi dengan molekul dan membawanya terus merentasi membran) atau membentuk saluran (membentuk liang dalam membran yang terbuka kepada bahan tertentu).
Pam natrium dan kalium
Contoh pengangkutan aktif utama bahan yang paling banyak dikaji merentasi membran ialah pam Na+ -, K+ -. Mekanisme ini memastikan perbezaan kepekatan ion Na+ dan K+ pada kedua-dua belah membran, yang diperlukan untuk mengekalkan tekanan osmotik dalam sel dan proses metabolik lain. Protein pembawa transmembran, sodium-potassium ATPase, terdiri daripada tiga bahagian:
- Di bahagian luar membran protein terdapat dua reseptor untuk ion kalium.
- Terdapat tiga reseptor ion natrium di bahagian dalam membran.
- Bahagian dalam protein mempunyai aktiviti ATP.
Apabila dua ion kalium dan tiga ion natrium mengikat kepada reseptor protein pada kedua-dua belah membran, aktiviti ATP dihidupkan. Molekul ATP dihidrolisiskan kepada ADP dengan pembebasan tenaga, yang dibelanjakan untuk pengangkutan ion kaliumdi dalam, dan ion natrium di luar membran sitoplasma. Dianggarkan kecekapan pam sedemikian adalah lebih daripada 90%, yang dengan sendirinya agak menakjubkan.
Untuk rujukan: Kecekapan enjin pembakaran dalaman adalah kira-kira 40%, elektrik - sehingga 80%. Menariknya, pam juga boleh berfungsi dalam arah yang bertentangan dan berfungsi sebagai penderma fosfat untuk sintesis ATP. Bagi sesetengah sel (contohnya, neuron), sehingga 70% daripada semua tenaga dibelanjakan untuk mengeluarkan natrium daripada sel dan mengepam ion kalium ke dalamnya. Pam untuk kalsium, klorin, hidrogen dan beberapa kation lain (ion dengan cas positif) berfungsi pada prinsip pengangkutan aktif yang sama. Tiada pam sedemikian ditemui untuk anion (ion bercas negatif).
Pengankutan bersama karbohidrat dan asid amino
Contoh pengangkutan aktif sekunder ialah pemindahan glukosa, asid amino, iodin, besi dan asid urik ke dalam sel. Hasil daripada operasi pam kalium-natrium, kecerunan kepekatan natrium dicipta: kepekatan tinggi di luar, dan rendah di dalam (kadang-kadang 10-20 kali). Natrium cenderung untuk meresap ke dalam sel dan tenaga resapan ini boleh digunakan untuk mengangkut bahan keluar. Mekanisme ini dipanggil pengangkutan bersama atau pengangkutan aktif berganding. Dalam kes ini, protein pembawa mempunyai dua pusat reseptor di luar: satu untuk natrium dan satu lagi untuk unsur yang diangkut. Hanya selepas pengaktifan kedua-dua reseptor, protein mengalami perubahan konformasi, dan tenaga resapannatrium memperkenalkan bahan yang diangkut ke dalam sel melawan kecerunan kepekatan.
Nilai pengangkutan aktif untuk sel
Jika resapan biasa bahan melalui membran berlangsung untuk jangka masa yang lama sewenang-wenangnya, kepekatannya di luar dan di dalam sel akan menyamai. Dan ini adalah kematian untuk sel. Lagipun, semua proses biokimia mesti diteruskan dalam persekitaran perbezaan potensi elektrik. Tanpa aktif, melawan kecerunan kepekatan, pengangkutan bahan, neuron tidak akan dapat menghantar impuls saraf. Dan sel-sel otot akan kehilangan keupayaan untuk mengecut. Sel tidak akan dapat mengekalkan tekanan osmotik dan akan runtuh. Dan produk metabolisme tidak akan dibawa keluar. Dan hormon tidak akan masuk ke dalam aliran darah. Lagipun, amuba pun menghabiskan tenaga dan mencipta perbezaan potensi pada membrannya menggunakan pam ion yang sama.
