Активный транспорт

Активный транспорт

- Мы уже знаем, что простая диффузия веществ, входящих и выходящих из клетки, происходит благодаря явлению осмоса. Также знаем, что существуют в мембране клетки ионные каналы для перемещения ионов. Знаем и об облегченной диффузии, при которой перенос веществ осуществляется специфическими переносчиками. Но все эти виды транспортировок происходят за счет осмотических влияний.
- А если необходимо транспортировать вещества из среды низкой концентрации в среду с более высокой концентрацией веществ, что тогда?
- Тогда нужна дополнительная энергия. Это как плыть против течения: нужно поработать руками. Так и в случае с транспортом веществ против градиента: нужна энергия. В данном случае – энергия гидролиза АТФ. Такой транспорт назван первично активным. Он осуществляется транспортными АТФ-азами, которые называют еще ионными насосами.
- Мы знаем ионные каналы, а теперь появились ионные насосы. Существует два типа этих ионных насосов. Первый – натриевый насос, и он перемещает Na и K.

Второй тип – кальциевый насос, который переносит ионы кальция, Са…
Это очень сложные механизмы… но я попробую Вам объяснить работу этих насосов на простом примере. Помните, мы сравнивали мембрану с забором, а цитоплазму с двором? Так вот, представьте себе Калитку во двор. Это будет натриевый насос. Человек идет по улице, подходит к Калитке, обувает две калоши – и входит во двор. Человек у нас – интегральный белок плазматической мембраны, встроенный в нее. Две калоши – это два иона калия. Он вошел во двор и внес две калоши.
То есть, интегральный белок, встроенный в мембрану, перенес внутрь клетки два иона калия. И отпустил их, оставил калоши во дворе. А затем он здесь же, во дворе, надел две варежки и шапку. А значит, интегральный белок присоединил к себе три иона натрия. Процесс «переодевания» называется конфронтацией фермента. Это изменение конфигурации одной и той же молекулы. Это будет первая конфронтация, и назовем её Е1.
Следует заметить, что это «одевание» происходит внутри клетки с использованием энергии АТФ. Потому и активный транспорт.
Итак, человек снова через Калитку выходит со двора на улицу.
Это значит, что белок на этот раз выносит во внеклеточное пространство натрий.
На улице человек снимает варежки и шапку, и оставляет их там. А затем надевает две другие калоши. Этот процесс называется конфронтацией Е2. И это повторяется бесконечно…
Белок из цитоплазмы уносит три иона натрия, а внутрь заносит два иона калия.
Этот цикл постоянно повторяется. Такой ионный насос называется электрогенным, так как возникает чистый ток положительных зарядов из клетки. Это исходящий ток.
- Кальциевый насос работает так же? – спросите.
- Отвечу: не совсем. У кальциевого насоса своя особенность: это циклическое изменение сродства к переносимому иону. Например, в скелетной мышце имеется сеть трубочек и пузырьков – саркоплазматический ретикулум. Прежде всего нужно знать, что кальциевый насос находится в саркоплазматическом ретикулуле, в его мембране. А этот ретикулум – встроен в скелетную мышцу. Основная функция этого процесса – регуляция концентрации Са2+ в цитоплазме.
- А для чего нужна эта регуляция?
- Чтобы мышца периодически отдыхала, для содержания ее в спокойном состоянии. Потому что в состоянии покоя кальция (Са2+) в цитоплазме мышечных волокон должно быть мало, т.е. низкая концентрация.
- И куда его перекачивает кальциевый насос? – спросите.
- А перекачивает он его – во внутриклеточное пространство эндоплазматического ретикулума. Процесс этот выглядит так:
Когда в цитоплазме скелетного мышечного волокна присутствует АТФ и Са2+, происходит фосфорилирование Са2+-АТФ-азы и присоединение Са2+ к кальций-связываемому участку на теле фермента.
Для удобства понимания, — это очередной человечек, переносящий груз. Но на этот раз наш человечек носит груз только в одну сторону, только из цитоплазмы в ретикулум. А значит, когда под действием АТФ Са2+ присоединился к ферменту переносчику, он обретает конфигурацию Е1 и меняет своё ориентирование: переходит из цитоплазмы в ретикулум.
Наш человечек переносит через дверь груз в какой-нибудь чуланчик. И уже в этом чуланчике он кладет свой груз на полку. Так фермент, занеся Са2+ в ретикулум, отпускает его, становясь в конфронтацию Е2.
- А дальше?
- А дальше он уже стоит без груза, что значит фермент уже дефосфорилировался и готов переместиться обратно в мембрану.
- Готов, но не спешит… Не спешит, и для того, чтобы он ушёл из помещения и принёс новый груз, его нужно подстимулировать.
Внешним стимулом. А стимулом для возврата кальций-связывающего участка обратно в цитоплазму является присутствие в саркоплазматическом ретикулуме ионов магния.
И это тоже повторяющийся цикл. Как и в случае с натриевым насосом. Так что эти два насоса постоянно «качают» ионы, перенося их из одной области в другую.
Притом, из области малой концентрации в область большей концентрации.
Для того их и создала Природа…
- Но вот вопросик. Насосы откачивают натрий и кальций из цитоплазмы, а как этим ионам снова попасть обратно в цитоплазму?
Но мы ведь уже знаем, что есть простая диффузия веществ. А также есть облегченная диффузия ионов Na+ , K+, Cl–, Lі+, Ca2+, HCO3– и H+. Но! Есть ещё явление вторичного активного транспорта.
- А это что такое? – спросите.
- Это уже принцип Единой теории поля. Если есть насосы, которые используют энергию АТФ для выведения ионов из цитоплазмы, то должна быть и «анти»-сила, которая всасывает ионы внутрь. Как движения маятника. Снова кинетическая и потенциальная энергия. В нашем случае — работа симпорта и антипорта как энергоотражение работы кальциевого и натриевого насосов.
Пример работы симпорта. В клетках слизистой оболочки, например, есть белок, который переносит глюкозу и Na+ внутрь эпителиоцитов. Притом, этот процесс возможен только параллельно с процессом работы натриевого насоса, когда три иона Na+ выносятся из клетки. Так работает этот механизм зеркального обмена.
И пример работы антипорта в кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках, где работает кальциевый насос. Параллельно с работой кальциевого насоса происходит противонаправленный перенос через антипорт, в ходе которого Na+ попадает в цитоплазму, а Са2+ выводится из неё. Причем, этот процесс происходит за счет энергии концентрационного градиента ионов натрия.
А еще вторичный активный транспорт важен для работы головного мозга, где работа натриевого насоса сопутствует обратному поглощению медиаторов.
Но об этом разговор впереди. А пока есть еще один важный элемент в транспорте веществ – белок-обменник. Он меняет внеклеточные ионы Na+ на внутриклеточные протоны Н+. Этот обмен поддерживает постоянство внутриклеточного pН. Постоянство это обеспечивается скоростью всеобщего, совокупного вторичного транспорта для выравнивания скорости ионного натриевого насоса, т.е. активного транспорта.
- Снова Единая теория поля. Стремление к равновесию. Есть активный первичный транспорт, который создает определенное энергетическое состояние клетки. Также есть и вторичный активный транспорт, который стремиться уравновесить энергию, производимую первичным активным транспортом.
Как муж и жена, потенциальная и кинетическая составляюшая. «Муж и жена – одна сатана,» так говорят в народе. Так и энергия внутри клетки стремится к гармонии, к равновесию, к стабильному pН состоянию. Но о состоянии биосистем будем говорить уже в следующий раз.