Активний масовий транспорт

З активний масовий транспорт є формою транспортування субстратів через біомембрану. Активний транспорт відбувається проти градієнта концентрації чи заряду та відбувається із споживанням енергії. При мітохондріальній хворобі цей процес порушується.

Що таке активний масовий транспорт?

Фосфоліпідні та двошарові біомембрани відокремлюють окремі клітинні відділення один від одного в організмі людини. Завдяки мембранним компонентам різні біомембрани беруть активну роль у селективному транспорті речовин. Як розділовий шар між декількома областями, біомембрана за своєю суттю непроникна для більшості всіх молекул. Тільки ліпофільні, більш дрібні та гідрофобні молекули вільно дифундують через ліпідний шар. Цей тип узгодженої мембранної проникності також відомий як селективна проникність.

Дифузні молекули включають, наприклад, молекули газу, спирту та сечовини. Іони та інші біологічно активні речовини переважно гідрофільні і зупиняються бар'єром біомембрани. Біомембрана має транспортні білки, так що іони, вода та більші частинки, такі як цукор, можуть дифундувати. Ви активно займаєтесь транспортуванням речовин. Транспорт через біомембрану також називається мембранним транспортом або мембранним потоком, якщо сама мембрана зміщується.

Біомембрани та їх селективна проникність підтримують усередині клітини специфічне клітинне середовище, що сприяє внутрішнім функціональним процесам. Клітина та її відділення спілкуються зі своїм оточенням та здійснюють селективний обмін речовинами та частинками. Такі механізми, як транспорт активної речовини, дозволяють на цій основі вибірково проходити через мембрани. Транспорт активних речовин слід відрізняти від транспорту пасивної речовини та транспортування мембранної речовини.

Функція та завдання

Транспорт речовин через біомембрану відбувається активно або пасивно. При пасивному транспорті молекули проходять через мембрану в напрямку певної концентрації або потенційного градієнта, не витрачаючи енергії. Тому пасивний транспорт - це особлива форма дифузії. Таким чином, навіть більші молекули потрапляють на іншу сторону мембрани за допомогою мембранних транспортних білків.

Активний транспорт, з іншого боку, - це транспортний процес, який використовує енергію проти градієнта біосистеми. Різні молекули можуть вибірково транспортуватися через мембрану проти градієнта хімічної концентрації або градієнта електричного потенціалу. Це особливо важливо для заряджених частинок. Крім аспектів заряду, аспекти концентрації також мають значення для їх енергетичного балансу. Зниження ентропії в замкнутій системі призводить до збільшення градієнта концентрації.Цей взаємозв'язок так само важливий для енергетичного балансу, як і транспорт заряду проти електричного поля або мембранного потенціалу спокою.

Хоча мова йде про заряд або енергетичний баланс у системі, концентрацію частинок та її зміну слід розглядати окремо через селективно проникну біомембрану. Енергія для активного транспорту надається, з одного боку, енергією хімічного зв’язку, наприклад у вигляді гідролізу АТФ. З іншого боку, зменшення градієнта заряду може служити рушійною силою і, таким чином, генерувати електричну енергію. Третя можливість енергозабезпечення є результатом збільшення ентропії, присутнього у відповідній комунікаційній системі, і, отже, від зменшення іншого градієнта концентрації. Транспорт проти електричного градієнта називається електрогенним. Залежно від джерела енергії та виду роботи розрізняють первинний, вторинний та третинний активний транспорт. Групова транслокація - це особливий вид активного транспорту.

Переважно активний транспорт відбувається при споживанні АТФ, за допомогою якого неорганічні іони та протони здійснюються з клітини шляхом транспортування АТФаз через біомембрану. Іон перекачується, наприклад, з нижньої концентрованої в більш концентровану сторону за допомогою іонного насоса.

Натрієво-калієвий насос є основним застосуванням цього процесу в організмі людини. Споживаючи АТФ, він викачує позитивно заряджені іони натрію і одночасно позитивно заряджає іони калію в клітину. Потенціал спокою нейронів, таким чином, залишається постійним, і потенціал дії можна генерувати та передавати.

При вторинному активному транспорті частинки транспортуються вздовж електрохімічного градієнта. Потенційна енергія градієнта використовується як привід для транспортування другої підкладки в тому ж напрямку проти електричного градієнта або градієнта концентрації. Цей активний транспорт відіграє особливу роль для симпорту натрію-глюкози в тонкому кишечнику. Якщо другий субстрат транспортується у зворотному напрямку, то може здійснюватися також активний транспорт вторинного матеріалу, наприклад, у випадку натрієво-кальцієвого антипорту за допомогою натрієво-кальцієвого обмінника.

Третинний активний транспорт використовує градієнт концентрації, встановлений вторинним активним транспортом на основі переважно активного транспорту. Цей вид транспорту є особливо важливим для транспортування ди- та трипептидів у тонкому кишечнику, який здійснюється пептидним транспортером 1. Групова транслокація транспортує моносахариди або цукрові спирти як особливу форму транспорту активної речовини і хімічно змінює транспортні речовини шляхом фосфорилювання. Система фосфоенолпірурової кислоти фосфотрансферази є найважливішим прикладом цього виду транспорту.

Хвороби та недуги

Як енергетичний метаболізм, так і спеціальні транспортерні ферменти та транспортерні білки відіграють роль в активному транспорті речовин. Якщо зазначені транспортерні білки або ферменти відсутні в первісно фізіологічно запланованій формі через мутації або помилки в транскрипції генетичного матеріалу, то активний транспорт речовин є лише більш складним або, в крайньому випадку, взагалі неможливим.

Наприклад, деякі захворювання тонкої кишки пов'язані з цим явищем. Захворювання з порушенням живлення АТФ також можуть мати руйнівний вплив на активний транспорт речовин і викликати функціональні порушення в різних органах. Лише в кількох випадках таких захворювань уражається лише один орган. Більшість порушень енергетичного обміну - це багатоорганні захворювання, які часто мають генетичну основу.

При всіх захворюваннях мітохондрій, наприклад, уражається ферментна система, яка бере участь у виробництві енергії за допомогою окисного фосфорилювання. Ці порушення включають, зокрема, порушення АТФ-синтази. Цей фермент є одним з найважливіших трансмембранних білків і з'являється, наприклад, у протонній помпі як транспортний фермент. Основним завданням ферменту є каталізація синтази АТФ. Щоб забезпечити енергією, АТФ-синтаза пов'язує протонний транспорт, що має перевагу з утворенням АТФ вздовж протонного градієнта. Це робить АТФ-синтазу одним з найважливіших перетворювачів енергії в організмі людини і може перетворити одну форму енергії в інші форми енергії. Захворювання мітохондрій - це порушення роботи метаболічних процесів мітохондрій і призводять до зниження працездатності організму внаслідок зниження синтезу АТФ.