Sel is 'n strukturele eenheid van alle lewe op ons planeet en 'n oop sisteem. Dit beteken dat sy lewe 'n konstante uitruil van materie en energie met die omgewing vereis. Hierdie uitruiling word deur die membraan uitgevoer - die hoofgrens van die sel, wat ontwerp is om sy integriteit te bewaar. Dit is deur die membraan dat sellulêre metabolisme uitgevoer word en dit gaan óf langs die konsentrasiegradiënt van 'n stof óf daarteen. Aktiewe vervoer oor die sitoplasmiese membraan is 'n komplekse en energie-intensiewe proses.
Membraan - versperring en poort
Die sitoplasmiese membraan is deel van baie selorganelle, plastiede en insluitings. Moderne wetenskap is gebaseer op die vloeibare mosaïekmodel van membraanstruktuur. Aktiewe vervoer van stowwe oor die membraan is moontlik as gevolg van syspesifieke gebou. Die basis van membrane word gevorm deur 'n lipied-dubbellaag - hoofsaaklik fosfolipiede gerangskik in ooreenstemming met hul hidrofiel-hidrofobiese eienskappe. Die hoofeienskappe van die lipied-dubbellaag is vloeibaarheid (die vermoë om plekke in te bed en te verloor), selfsamestelling en asimmetrie. Die tweede komponent van membrane is proteïene. Hulle funksies is uiteenlopend: aktiewe vervoer, ontvangs, fermentasie, herkenning.
Proteïene is beide op die oppervlak van die membrane en binne geleë, en sommige van hulle penetreer dit verskeie kere. Die eienskap van proteïene in’n membraan is die vermoë om van die een kant van die membraan na die ander te beweeg (“flip-flop”-sprong). En die laaste komponent is die sakkaried- en polisakkariedkettings van koolhidrate op die oppervlak van die membrane. Hulle funksies is vandag steeds omstrede.
Tipes aktiewe vervoer van stowwe oor die membraan
Aktief sal so 'n oordrag van stowwe deur die selmembraan wees, wat beheer word, met energiekoste plaasvind en teen die konsentrasiegradiënt ingaan (stowwe word oorgedra van 'n gebied met lae konsentrasie na 'n gebied van hoë konsentrasie). Afhangende van watter bron van energie gebruik word, word die volgende vervoermiddels onderskei:
- Primêre aktief (energiebron - hidrolise van adenosientrifosforsuur ATP na adenosiendifosforsuur ADP).
- Sekondêre aktief (voorsien van sekondêre energie wat geskep word as gevolg van die meganismes van primêre aktiewe vervoer van stowwe).
Proteïene-assistente
In beide die eerste en tweede gevalle is vervoer onmoontlik sonder draerproteïene. Hierdie vervoerproteïene is baie spesifiek en is ontwerp om sekere molekules te dra, en soms selfs sekere soorte molekules. Dit is eksperimenteel bewys op gemuteerde bakteriese gene, wat gelei het tot die onmoontlikheid van aktiewe vervoer oor die membraan van 'n sekere koolhidraat. Transmembraanvervoerderproteïene kan selfvervoerders wees (hulle is in wisselwerking met molekules en dra dit direk oor die membraan) of kanaalvormend (vorm porieë in membrane wat oop is vir spesifieke stowwe).
Natrium- en kaliumpomp
Die mees bestudeerde voorbeeld van die primêre aktiewe vervoer van stowwe oor die membraan is die Na+ -, K+ -pomp. Hierdie meganisme verseker die verskil in die konsentrasies van Na+ en K+ ione aan beide kante van die membraan, wat nodig is om die osmotiese druk in die sel en ander metaboliese prosesse te handhaaf. Die transmembraan draerproteïen, natrium-kalium ATPase, bestaan uit drie dele:
- Aan die buitekant van die proteïenmembraan is daar twee reseptore vir kaliumione.
- Daar is drie natriumioonreseptore aan die binnekant van die membraan.
- Die binneste deel van die proteïen het ATP-aktiwiteit.
Wanneer twee kaliumione en drie natriumione aan proteïenreseptore aan weerskante van die membraan bind, word ATP-aktiwiteit aangeskakel. Die ATP-molekule word na ADP gehidroliseer met die vrystelling van energie, wat bestee word aan die vervoer van kaliumionebinne, en natriumione buite die sitoplasmiese membraan. Daar word beraam dat die doeltreffendheid van so 'n pomp meer as 90% is, wat op sigself nogal verstommend is.
Vir verwysing: Die doeltreffendheid van 'n binnebrandenjin is ongeveer 40%, elektries - tot 80%. Interessant genoeg kan die pomp ook in die teenoorgestelde rigting werk en dien as 'n fosfaatskenker vir ATP-sintese. Vir sommige selle (byvoorbeeld neurone) word tot 70% van alle energie daaraan bestee om natrium uit die sel te verwyder en kaliumione daarin te pomp. Pompe vir kalsium, chloor, waterstof en 'n paar ander katione (ione met 'n positiewe lading) werk op dieselfde beginsel van aktiewe vervoer. Geen sulke pompe is vir anione (negatief gelaaide ione) gevind nie.
Samevervoer van koolhidrate en aminosure
'n Voorbeeld van sekondêre aktiewe vervoer is die oordrag van glukose, aminosure, jodium, yster en uriensuur na selle. As gevolg van die werking van die kalium-natriumpomp word 'n gradiënt van natriumkonsentrasies geskep: die konsentrasie is hoog buite en laag binne (soms 10-20 keer). Natrium is geneig om in die sel te diffundeer en die energie van hierdie diffusie kan gebruik word om stowwe uit te vervoer. Hierdie meganisme word kotransport of gekoppelde aktiewe vervoer genoem. In hierdie geval het die draerproteïen twee reseptorsentrums aan die buitekant: een vir natrium en die ander vir die element wat vervoer word. Eers na die aktivering van beide reseptore, ondergaan die proteïen konformasieveranderinge, en die diffusie-energienatrium bring die vervoerde stof in die sel in teen die konsentrasiegradiënt.
Die waarde van aktiewe vervoer vir die sel
As die gewone verspreiding van stowwe deur die membraan vir 'n arbitrêre lang tyd voortduur, sou hul konsentrasies buite en binne die sel gelyk word. En dit is dood vir die selle. Alle biochemiese prosesse moet immers in 'n omgewing van elektriese potensiaalverskil plaasvind. Sonder aktiewe, teen 'n konsentrasiegradiënt, vervoer van stowwe, sou neurone nie in staat wees om 'n senuwee-impuls oor te dra nie. En spierselle sal die vermoë om saam te trek verloor. Die sel sou nie in staat wees om osmotiese druk te handhaaf nie en sou ineenstort. En die produkte van metabolisme sou nie na vore gebring word nie. En hormone sou nooit in die bloedstroom kom nie. Selfs 'n amoeba spandeer immers energie en skep 'n potensiaalverskil op sy membraan deur dieselfde ioonpompe te gebruik.
