Мембрански транспорт

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Мембрански транспорт — размена на материите помеѓу интрацелуларната (внатрешноклеточната) и екстрацелуларната (надворешноклеточната) средина низ клеточната мембрана.

Интрацелуларна и екстрацелуларна средина[уреди | уреди извор]

Интрацелуларната средина е внатрешниот дел на клетката, односно просторот исполнет со цитоплазма, органели и клеточно јадро. Екстрацелуларната средина е надворешната средина на клетката, со која таа е опкружена. Овие две средини се одделени со клеточна мембрана. Постојат значителни разлики во составот на овие две средини. Во екстрацелуларната средина, концентрацијата на јоните на натриум, хлорид, калциум, бикарбонат и концентрацијата на хранливите материи (на пример, гликоза, масни киселини, кислород, итн) е повисока отколку во интрацелуларната средина, додека интрацелуларната концентрација на јоните на калиум, фосфат, магнезиум и на протеините е значително повисока отколку нивната екстрацелуларна концентрација. Овие разлики се важни за опстанокот на клетката и за одвивањето на физиолошките процеси, како што се мировниот и акцискиот потенцијал. Концентрациите на некои физиолошки супстанци се претставени во табелата:

Супстанца Екстрацелуларна средина Интрацелуларна средина
Натриум 142 10
Калиум 4 140
Калциум 1.2 0.00005
Магнезиум 0.6 29
Хлор 103 4
Бикарбонат 28 10
Фосфат 4 75
Сулфат 1 2
Глукоза 5 0-1
Аминокиселини 30 mg/dl 200 mg/dl
Масти 5 g/l 20-950 g/l
Парцијален притисок на кислород 35 Hg 20 Hg
pH вредност 7.4 7.0
Белковини 5 40

Структура на клеточната мембрана[уреди | уреди извор]

Структура на клеточната мембрана

Клеточната мембрана претставува липиден двослој, во кого се наоѓаат разни мембрански белковини. Липидите (мастите) се неполарни, хидрофобни соединенија, кои не се мешаат ниту со интрацелуларната ниту со екстрацелуларната течност. На овој начин, липидите формираат бариера низ која не можат да поминат ниту водата ниту хидрофилните молекули и јони кои се растворени во неа. Некои супстанци кои се неполарни и хидрофобни можат да поминат директно низ клеточната мембрана, меѓутоа за мнозинството на хидрофилни супстанци потребни се посебни протеини за нивен транспорт низ мембраната.

Пасивен и активен транспорт[уреди | уреди извор]

Транспортот на молекулите низ клеточната мембрана може да се одвива пасивно (дифузија), без потрошувачка на енергија, и активно, односно со потрошувачка на енергија.

Дифузија низ клеточната мембрана[уреди | уреди извор]

Дифузија низ полупропустлива мембрана

Сите молекули и јони во течностите и гасовите се во постојано движење, кое е хаотично. Движењето на молекулите и јоните од местото на нивна висока концентрација кон местото на нивна ниска концентрација се нарекува дифузија.

Дифузијата низ клеточната мембрана се дели на проста и олеснета.

Проста дифузија[уреди | уреди извор]

Кај простата дифузија доволна е само кинетичката енергија на молекулите и јоните за нивно поминување низ мембраната. Брзината на простата дифузија е одредена со количината (концентрацијата) на супстанцата во интрацелуларната и екстрацелуларната средина, брзината на молекулите (или јоните) и големината и бројот на отворите на мембраната. Простата дифузија се одвива низ:

  • просторот помеѓу липидните молекули на мембраната, ако супстанцата е неполарна (липосолубилна). Липосолубилноста на кислородот, азотот, јаглерод диоксидот и алкохолот е доста висока, така да овие супстанци можат да поминат низ клеточната мембрана како да таа и не постои.
  • протеински канали, ако супстанцата е поларна (хидросолубилна).

Поларните супстанци и супстанците кои се растворливи во вода, дифундираат со помош на протеински канали. Најважна е дифузијата на водата низ овие канали, која се случува со голема брзина. Многу од овие канали имаат т.н. „порти“, кои може да се наоѓаат во отворена или затворена состојба, и на тој начин да го контролираат протокот низ нив. Повеќето од каналите се специјализирани за пренос на само еден тип на јони, на пример, низ натриумските канали поминуваат само натриумови јони, а низ калиумските канали поминуваат само калиумови јони.

Отворањето и затворањето на „портите“ на каналите може да биде контролирано на два начина:

  • Волтажна контрола

Волтажната контрола се среќава кај натриумските канали, кај кои отворањето или затворањето на двете порти на каналот зависи од промената на вредноста на мембранскиот потенцијал.

  • Хемиска контрола

Кај некои протеински канали отворената и затворената состојба на нивните порти е посредувана од врзувањето на специфични хемиски медијатори. На овој начин функционираат невротрансмитерите, на пример ацетилхолинот.

Олеснета дифузија[уреди | уреди извор]

Кај олеснетата дифузија молекулите треба да се врзат за протеински носачи, кои, со промена на својата конформација, ги пренесуваат на другата страна од мембраната. Овој вид на транспорт е пасивен (спонтан) и за негово одвивање не е потребно трошење на енергија.

Брзината на олеснетата дифузија зависи од количеството на супстанцата која се транспортира, но и од бројот на транспортните протеини. Кога сите носачи се заситуваат, брзината на олеснета дифузија го достигнува својот максимум, за разлика од простата дифузија која може неограничено да расте.

Типичен пример за супстанца која поминува низ мембраната по пат на олеснета дифузија е глукозата. Хормонот инсулин делува на тој начин што го зголемува бројот на транспортни протеини за глукоза во клеточната мембрана, забрзувајќи ја, на тој начин, ресорпцијата на глукозата.

Осмоза[уреди | уреди извор]

Бидејќи клеточната мембрана е полупропустлива, во некои случаи може да дојде до разлика во осмоларноста помеѓу екстра- и интрацелуларниот простор. Кога се случува ова, доаѓа до движење на водата од местото со помала осмоларност кон местото со поголема осмоларност низ клеточната мембрана. Хиперосмоларноста во внатрешноста на клетката доведува до навлегување на водата (преку споменатите протеински канали), по што клетката набабрува, а во екстремни случаи може да настане нејзино прскање. Доколку осмоларноста е поголема во екстрацелуларниот простор, водата ја напушта клетката и таа се скврчува. Овој процес на движење на водата се нарекува осмоза.

Активен транспорт[уреди | уреди извор]

Понекогаш е потребно да се транспортираат супстанци спротивно на нивниот концентрациски или електрохемиски градиент, односно од местото на ниска концентрација кон местото на повисока концентрација. Јасно е дека ваков процес никогаш не би се одвивал спонтано и за него е потребна потрошувачка на енергија. Најчест извор на енергија во клетките е хидролизата на ATP.

Примарен активен транспорт[уреди | уреди извор]

Кај примарниот активен транспорт изворот на енергија за транспорт на супстанцата е хидролизата на ATP во ADP и неоргански фосфат.

АТP → ADP + Рi

ADP → AMP + Рi

Во супстанци кои се транспортираат со примарен активен транспорт спаѓаат: натриумот, калиумот, калциумот, хидрониум јоните, хлоридните јони и други.

Натриум-калиумова пумпа
  • Натриум-калиумовата пумпа користи енергија од ATP за исфрлање (испумпување) на натриумови јони надвор од клетката и внесување на калиумови јони внатре во клетката, спротивно на нивниот концентрациски градиент.
  • Калциумската пумпа користи енергија од ATP за исфрлање (испумпување) на калциумови јони надвор од клетката или за нивен транспорт од цитоплазмата во луменот на ендоплазматичниот ретикулум.
  • Протонските пумпи служат за активен транспорт на хидрониум јони (водородни јони, односно протони).

Секундарен активен транспорт: котранспорт и контратранспорт[уреди | уреди извор]

Секундарниот активен транспорт не користи енергија од хидролиза на ATP. Кога со примарниот активен транспорт (на пример, натриум-калиумовата пумпа) се создава голема разлика во концентрацијата на јони од двете страни на мембраната, тогаш ваквиот енергетски потенцијал може да се искористи за транспорт на некоја друга супстанца. Секундарниот активен транспорт се дели на котранспорт и контратранспорт.

  • Котранспорт

Во екстрацелуларниот простор концентрацијата на натриумовите јони е многу поголема одошто во интрацелуларниот простор поради работата на натриум-калиумовата пумпа. Овој енергетски потенцијал може да се искористи за да заедно со нив во внатрешноста на клетката се транспортира и некоја друга супстанца. На овој начин во внатрешноста на клетката се внесуваат глукозата и аминокиселините и покрај големиот концентрациски градиент. Овие системи се натриум-глукоза котранспортниот систем и натриумскиот транспортен систем за аминокиселини. Овие системи особено се застапени во клетките на цревата и бубрезите.

Други значајни котранспортни системи се натриум-калциумскиот котранспортен систем, натриум-водородниот котранспортен систем, калиум-хлоридниот котранспортен систем и натриумско-калиумски дихлориден котранспортен систем.

  • Контратранспорт

Кај овој транспорт, тежнеењето на натриумовите јони да дифундираат внатре во клетката се користи за исфрлање на некоја супстанца надвор од клетката.

Ендоцитоза[уреди | уреди извор]

Големите честички навлегуваат во клетката со помош на посебен процес кој се нарекува ендоцитоза. Постојат два вида на ендоцитоза: пиноцитоза и фагоцитоза.

Литература[уреди | уреди извор]

  • John E. Hall (2015) Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 13th Edition, W. B. Saunders Company. ISBN: 978-1455770052