Облегченная диффузия

Вещества переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных трансмембранных белков-переносчиков (транслоказ). Для облегченной диффузии характерна высокая избирательность: для каждого вещества или группы сходных веществ имеется свой переносчик. Переносимое вещество присоединяется к транслоказе, в результате чего изменяется ее конформация, в мембране открывается канал, и вещество освобождается с другой стороны мембраны. Поскольку в канале нет гидрофобного препятствия, то этот механизм называют облегченной диффузией.

А-виды переноса, б-пассивный и активный транспорт 1-пассивная диффузия, 2-диффузия с помощью канала, 3-диффузия с помощью переносчика, 4-активный транспорт, 5-вторично-активный транспорт.

2а. Ионные каналы -вариант облегченной диффузии. Для ионизированных атомов и молекул гидрофобный слой мембраны труднопреодолим. Трансмембранный перенос ряда ионов (Са²⁺, Na⁺, K⁺, C1) происходит через ионные каналы - олигомерные белковые структуры, пронизывающие мембрану.Они образуют трансмембранный гидрофильный (заполненный водой) канал, проходимый для определенных ионов. Избирательность каналов к ионам определяется наличием в белках канала специфического центра связывания иона. Проницаемость таких каналов в большинстве случаев регулируется: они могут быть или закрыты, или открыты. Сигналом для изменения состояния канала может быть гормон или иная сигнальная молекула. Перемещение ионов по каналам определяется разностью электрического потенциала и разностью концентраций.

Активный транспорт веществ протекает против концентрационного градиента и связан с расходованием энергии. Таким способом происходит перенос многих минеральных ионов из межклеточной жидкости в клетку или в обратном направлении, перенос аминокислот из просвета кишечника в клетки кишечника, перенос глюкозы из первичной мочи через клетки канальцев почки в кровь. Основным источником энергии для активного транспорта является АТФ. Поэтому, как правило, эти системы представляют собой АТФазы. Пример - Na⁺/K⁺-АТФаза плазматических мембран животных клеток, которая «выкачивает» из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия.

При наследственной микросфероцитарной гемолитической анемии имеется врожденный дефект эритроцитов: их мембрана более проницаема для ионов, чем в норме. Внутриклеточная концентрация ионов Na⁺ выше, чем в норме; соответственно, в эритроциты проникает больше воды, они набухают. Такие эритроциты менее стабильны, что и является непосредственной причиной малокровия.

В так мембранах имеются протонные насосы, работающие как Н⁺-АТФазы В результате их функционирования на мембране возникает разность концентраций протонов (ΔрН) и разность электрических потенциалов. За счет работы Н ⁺ -АТФазы создается кислая среда в некоторых органеллах клетки (например, лизосомах).

Кальциевый насос (Са-АТФаза). Са-АТФаза за счет энергии АТФ переносит через мембрану ионы Са²⁺ против градиента концентрации. Са-АТФаза является частью механизма, регулирующего цикл сокращения—расслабления мышечного волокна.

Вторично-активный транспорт. Г радиент одного вещества используется для транспорта другого. Переносчик в этом случае имеет специфические центры связывания для обоих веществ. Если концентрация вещества X снаружи больше, чем внутри, оно может перемещаться путем облегченной диффузии. Веществ Y транспортируется попутно с веществом X (симпорт), причем вещество Y может транспортироваться против градиента своей концентрации. Сходным образом происходит и антипорт — перемещение вещества против градиента своей концентрации в направлении, противоположном перемещению другого вещества по его градиенту концентрации.

Симпорт и антипорт могут происходить за счет энергии градиента концентрации ионов Na⁺, создаваемого Na,K-AT-Фазой. Таким способом происходит, например, всасывание аминокислот из кишечника и глюкозы из первичной мочи и кишечника. В этих случаях первичным источником энергии служит АТФ: сначала энергия гидролиза АТФ трансформируется в энергию трансмембранного градиента концентрации Na⁺, а затем энергия этого градиента используется для переноса аминокислот или глюкозы.

С помощью вторично-активного транспорта клетки аккумулируют сахара, аминокислоты и выводят некоторые продукты метаболизма, используя градиент Na⁺, создаваемый в ходе работы Na⁺/K ⁺ -ATФазы. Для переноса углеводов, аминокислот и других метаболитов вторично-активный транспорт имеет, по-видимому, наибольшее значение по сравнению с другими механизмами.