Электрогенные ионные насосы

R - радиус поры

L - длина поры

Р- коэффициент проницаемости мембраны.

W- гидравлическое сопротивление,

D- обьемная скорость переноса раствора

D t W

8 ×Ƞ × l

W = ––––––––,

π r 4

Ƞ - коэффициент вязкости раствора.

Фильтрация имеет значение при переносе воды через стенки кровеносных сосудов.

Осмос ‒ движение молекул воды через полупроницаемые мембраны (проницаемость для воды и непроницаемость для растворенного вещества) из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией.

Активный транспорт ‒ перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением.

Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии (Гиббса) за счет затраты энергии, запасенной в макроэнергетических связях АТФ.

Существование активного транспорта веществ через биологические мембраны было доказано на опытах Уссинга на примере переноса ионов натрия через кожу лягушки.

Уссинг заполнял камеру раствором Рингера, которую разделил на две части кожей лягушки. Слева наружная часть, справа — внутренняя.

Наблюдались потоки ионов натрия через кожу лягушки слева направо от наружной к внутренней поверхности и от внутренней к наружной.

На коже лягушки, разделяющей раствор Рингера, возникает разность потенциалов — внутренняя сторона кожи имеет положительный потенциал по отношению к наружной. В установке Уссинга имелся блок компенсации напряжения, с помощью которого устанавливалась разность потенциалов на коже лягушки, равная нулю, что контролировалось вольтметром.

Также поддерживалась одинаковая концентрация ионов с наружной и внутренней стороны.

Если бы перенос Na был только пассивным транспортом, то потока ионов были бы равны. Методом меченных атомов было показано, что поток натрия внутрь больше потока наружу, для этого в левый раствор были включены радиоактивные изотопы.

В биологических мембранах имеются ионные насосы, работающие за счет транспортных АТФаз, и перенос вещества совершается против градиента концентрации.

Известны три типа электрогенных ионных насосов, которые осуществляют активные перенос ионов через мембрану. Перенос ионов происходит за счет химических реакций энергии метаболизма клеток.

При pаботе К+ - Na+ - АТФазы за счет энергии, освобождающейся при гидролизе каждой молекулы АТФ, в клетку переносится два иона К, из клетки выкачивается три иона Na. Внутри клетки создается повышенная концентрация ионов К, пониженная концентрация ионов Na по сравнению с межклеточной средой. Ионы Na+ и K+ способны проходить через мембрану путем простой диффузии. Эта диффузия ведет к уменьшению разности концентраций. Для поддержания градиента на постоянном уровне Na, K- АТФаза должна работать непрерывно, чтобы компенсировать постоянную утечку ионов.

Концентрация органических веществ внутри клетки больше, чем в межклеточной жидкости. Многие из этих веществ, включая все макромолекулы, не могут свободно проходить через мембраны, и поэтому вследствие осмоса вода стремится проникнуть внутрь клетки. Если для этого нет препятствий, то клетка набухает, внутриклекточное давление увеличивается и происходит разрыв мембраны. Одна из важных функций натриевого насоса – это создание препятствий для набухания клетки: его работа приводит к распределению ионов, когда по обе стороны мембраны образуется разность потенциалов, которая уравновешивает избыток концентрации веществ внутри клетки (равновесие Доннана).

При наследственной микросфероцитарной гемолитической анемии имеется врожденный дефект эритроцитов — их мембрана более проницаема для ионов, чем в норме. В эритроцитах этих больных Na, K- АТФаза работает с большей интенсивностью, расходуется большое количество АТФ, и все же в результате высокой скорости простой диффузии, внутриклеточная концентрация ионов Na+ выше, соответственно в эритроциты проникает больше воды, то есть они набухают и принимают сферическую форму характерную для этой болезни. Такие эритроциты менее стабильны, с большей скоростью разрушаются, что и является причиной анемии. Са-АТФаза за счет энергии АТФ переносит ионы Са2+. Концентрация ионов Са2+ во внеклеточной жидкости больше, чем внутри клетки.

В некоторых внутриклеточных мембранах есть транспортные АТФазы, которые функционируют как протонные насосы: они перекачивают через мембрану ионы водорода. За счет действия Н+ ‒ АТФазы создается кислая среда в некоторых отсеках клетки (лизосомах).

Кроме ионных насосов существуют – вторичный активный транспорт—в мембране имеются специфические переносчики и транспорт веществ осуществляются с помощью градиента концентрации ионов. В клетках может одновременно функционировать первичный и вторичный - активный транспорт. Известны три схемы вторичного, активного транспорта. Переносчик одинаково пересекает мембраны в нагруженном и ненагруженном состоянии.

Унипорт ‒ однонаправленный перенос иона в комплексе со специфическим переносчиком.

Антипорт —встречный перенос ионов с участием одноместной молекулы переносчика, которая образует прочный комплекс с каждым из перенесенных ионов. Перенос осуществляется в два этапа: сначала один ион пересекает мембрану слева на право, затем второй ион в обратном направлении. Происходит перемещение вещества против градиента своей концентрации в направлении противоположном перемещению другого вещества по его градиенту концентрации.

Симпорт —совместный однонаправленный перенос ионов с участием двухместного переносчика. Считается, что в мембране могут находиться две электронейтральные частицы: переносчик в комплексе с катионом и анионом и пустой переносчик. Мембранный потенциал при этом не меняется.