Az anyagok sejtbe és onnan történő szállítását, valamint a citoplazma és a különböző szubcelluláris organellumok (mitokondriumok, sejtmag stb.) között membránok biztosítják. Ha a membránok vak gátat képeznének, akkor az intracelluláris tér hozzáférhetetlen lenne a tápanyagok számára, és a salakanyagok nem tudnák eltávolítani a sejtből. Ugyanakkor teljes permeabilitás mellett bizonyos anyagok felhalmozódása a sejtben lehetetlen lenne. A membrán transzport tulajdonságait az jellemzi féligáteresztő képesség : egyes vegyületek áthatolhatnak rajta, míg mások nem:

Membránáteresztő képesség különböző anyagokhoz

A membránok egyik fő feladata az anyagok szállításának szabályozása. Az anyagok membránon keresztül történő szállításának két módja van: passzív És aktív szállítás:

Anyagok szállítása a membránokon keresztül

Passzív szállítás. Ha egy anyag a membránon keresztül egy nagy koncentrációjú tartományból egy alacsony koncentráció irányába (vagyis ennek az anyagnak a koncentrációgradiense mentén) mozog anélkül, hogy a sejt energiát fogyasztana, akkor ezt a transzportot passzívnak nevezzük, ill. diffúzió . Kétféle diffúzió létezik: egyszerű És könnyűsúlyú .

egyszerű diffúzió kis semleges molekulákra (H2O, CO2, O2), valamint hidrofób kis molekulatömegű jellemzők szerves anyag. Ezek a molekulák anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének a membránfehérjékkel a membrán pórusain vagy csatornáin, mindaddig, amíg a koncentrációgradiens fennmarad.

Könnyített diffúzió. Jellemző a hidrofil molekulákra, amelyek szintén koncentrációgradiens mentén, de speciális membránfehérjék - hordozók segítségével - szállítódnak át a membránon. A facilitált diffúziót az egyszerű diffúzióval ellentétben nagy szelektivitás jellemzi, mivel a hordozófehérje a szállított anyaggal komplementer kötőközponttal rendelkezik, és a transzfert a fehérje konformációs változásai kísérik. A megkönnyített diffúzió egyik lehetséges mechanizmusa a következő lehet: egy transzportfehérje ( transzlokáz ) megköti az anyagot, majd megközelíti ellenkező oldal A membrán felszabadítja ezt az anyagot, felveszi az eredeti konformációt, és ismét készen áll a szállítási funkció ellátására. Keveset tudunk arról, hogy maga a fehérje mozgása hogyan történik. A transzfer másik lehetséges mechanizmusa több hordozófehérje részvételét foglalja magában. Ebben az esetben maga a kezdetben megkötött vegyület átjut egyik fehérjéből a másikba, szekvenciálisan kötődik egyik vagy másik fehérjéhez, amíg a membrán ellenkező oldalára kerül.

aktiv szállitás akkor következik be, amikor az átvitel koncentrációgradiens ellenében történik. Az ilyen átvitel megköveteli a sejt energiafelhasználását. Az aktív transzport az anyagok sejten belüli felhalmozódására szolgál. Az energiaforrás gyakran az ATP. Az aktív transzporthoz az energiaforrás mellett a membránfehérjék részvétele is szükséges. Az állati sejt egyik aktív transzportrendszere a Na+ és K+ ionok sejtmembránon való átjuttatásáért felelős. Ezt a rendszert Na+ - K+ - szivattyúnak nevezik. Felelős az intracelluláris környezet összetételének fenntartásáért, amelyben a K + koncentrációja magasabb, mint a Na +:

A Na+, K+-ATPáz hatásmechanizmusa

A kálium és a nátrium koncentráció-gradiensét úgy tartják fenn, hogy a K + a sejtbe jut, a Na + pedig kikerül. Mindkét transzport koncentráció gradiens ellenében történik. Az ionok ezen eloszlása ​​határozza meg a sejtek víztartalmát, ingerelhetőségét idegsejtek valamint az izomsejtek és a normál sejtek egyéb tulajdonságai. A Na+,K+ -pumpa egy fehérje - szállítás ATR-áz . Ennek az enzimnek a molekulája egy oligomer, és áthatol a membránon. A pumpa teljes ciklusa alatt három Na + ion kerül a sejtből az intercelluláris anyagba, és két K + ion az ellenkező irányba. Ez az ATP-molekula energiáját használja fel. Léteznek transzportrendszerek a kalciumionok (Ca2+ - ATP-ázok), protonpumpák (H+ - ATP-ázok) stb. Symport Ez egy anyag aktív átvitele a membránon, amelyet egy másik anyag koncentráció-gradiensének energiája rovására hajtanak végre. A transzport ATPáz ebben az esetben mindkét anyaghoz rendelkezik kötőhelyekkel. Antiport az anyag mozgása a koncentráció gradiensével szemben. Ebben az esetben a másik anyag az ellenkező irányba mozog a koncentrációgradiense mentén. Symport És antiport előfordulhat az aminosavak bélből történő felszívódása és a glükóz elsődleges vizeletből történő visszaszívása során. Ebben az esetben a Na+, K+-ATP-áz által létrehozott Na+ ion koncentráció gradiens energiáját használjuk fel.

NAK NEK membránfehérjék ide tartoznak a sejtmembránba vagy sejtorganellum membránjába beágyazott vagy ahhoz kapcsolódó fehérjék. Az összes fehérje körülbelül 25%-a membránfehérje.

[előadás]

Osztályozás[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

A membránfehérjéket topológiai vagy biokémiai elvek alapján osztályozhatjuk. A topológiai osztályozás azon alapul, hogy a fehérje hányszor halad át a lipid kettősrétegen. E kritérium szerint a fehérjéket a következőkre osztják monotopikus, biotopikusÉs politopikus:

· monotopikus a fehérjék kölcsönhatásba lépnek a membrán egyik felületével, és nem keresztezik azt;

· biotopikusáthatolnak a membránon, és kölcsönhatásba lépnek mindkét felületén;

· politopikus többször áthatolnak a membránon (ismételt kölcsönhatás lipidekkel).

Nyilvánvaló, hogy az előbbi a perifériás fehérjékhez, az utóbbi és a harmadik pedig az integrál fehérjékhez tartozik.

A politop fehérjék különböző kategóriái. Membránkötés (1) egyetlen transzmembrán alfa hélixen, (2) több transzmembrán alfa hélixen, (3) béta-lemez szerkezeten keresztül.

Integrált monotop fehérjék különböző kategóriái. Membránkötés (1) a membrán síkjával párhuzamos amfipatikus alfa hélix, (2) hidrofób hurok, (3) kovalens kötésű zsírsavmaradék, (4) elektrosztatikus kölcsönhatás (közvetlen vagy kalcium által közvetített).

Topológiai osztályozás[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

A membránnal kapcsolatban a membránfehérjéket poli- és monotopokra osztják.

· Politop vagy transzmembrán fehérjék teljesen áthatolnak a membránon, és így kölcsönhatásba lépnek a lipid kettős réteg mindkét oldalával. Jellemzően egy fehérje transzmembrán fragmentuma egy alfa-hélix, amely hidrofób aminosavakból áll (esetleg 1-20 ilyen fragmentum). Csak a baktériumokban, valamint a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban a transzmembrán fragmentumok béta-lemez szerkezetként szerveződhetnek (a polipeptid lánc 8-22 menete).

· Integrált monotop fehérjék tartósan beágyazódik a lipid kettős rétegbe, de csak az egyik oldalon kapcsolódik a membránhoz anélkül, hogy áthatolna az ellenkező oldalra.

Biokémiai osztályozás[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

A biokémiai osztályozás szerint a membránfehérjéket felosztják integrálÉs kerületi.

· Integrált membránfehérjék szilárdan beágyazódnak a membránba, és csak detergensek vagy nem poláris oldószerek segítségével távolíthatók el a lipid környezetből. A lipid kettősréteggel kapcsolatban az integrál fehérjék lehetnek transzmembrán politópok vagy integrális monotopok.

· Perifériás membránfehérjék monotop fehérjék. Vagy gyenge kötésekkel kötődnek a lipidmembránhoz, vagy hidrofób, elektrosztatikus vagy más nem kovalens erők révén kapcsolódnak integrált fehérjékhez. Így, ellentétben az integrált fehérjékkel, megfelelő kezelés esetén disszociálnak a membránról vizesoldat(például alacsony vagy magas pH-érték, magas sókoncentráció vagy kaotróp anyag hatására). Ez a disszociáció nem igényli a membrán megsemmisítését.

A membránfehérjék a poszttranszlációs módosulásuk során a fehérjéhez kötődő zsírsav- vagy prenil-maradékok vagy glikozil-foszfatidil-inozitol hatására épülhetnek be a membránba.

7) A plazmamembrán glikolipidei és glikoproteinek szénhidrát része mindig a membrán külső felületén helyezkedik el, érintkezve az intercelluláris anyaggal. A plazmamembrán szénhidrátjai a fehérjék specifikus ligandumaként működnek. Felismerési helyeket képeznek, amelyekhez bizonyos fehérjék kapcsolódnak; a kapcsolódó fehérje megváltoztathatja a sejt funkcionális állapotát.

A szénhidrátok funkciói.

Az eritrociták külső membránjában egyes poliszacharidok N-acetilneuraminsavat tartalmaznak a láncok végén. Ha vörösvértesteket izolálnak a vérből, in vitro neuraminidázzal kezelik, amely lehasítja az N-acetil-neuraminsavat a membrán szénhidrátjaiból, és visszajuttatják ugyanazon állat vérébe, azt találják, hogy az ilyen vörösvértestek felezési ideje a vérben több alkalommal csökken. idők: a lépben elidőznek és elpusztulnak . Mint kiderült, a lép sejtjeiben van egy receptor, amely felismeri a szénhidrátot, amely elvesztette a neuraminsav terminális maradékait. Lehetséges, hogy egy ilyen mechanizmus biztosítja az „elöregedett” eritrociták lép általi kiválasztását és elpusztítását.
Ismeretes, hogy bármely szövetből izolált sejtszuszpenzióban egy idő után sejtaggregátumok képződnek, és általában minden aggregátum azonos típusú sejteket tartalmaz. Például a gastrulából nyert sejtszuszpenzióban háromféle aggregátum képződik: mindegyik ugyanahhoz tartozó sejteket tartalmaz. csíraréteg- ektoderma, mezoderma vagy endoderma. A sejtek közötti felismerést különösen az egyik sejt membránszénhidrátjainak és egy másik sejt receptorfehérjéinek kölcsönhatása biztosítja (9.39. ábra). Ezek a felismerési mechanizmusok részt vehetnek olyan folyamatokban, mint a hisztogenezis és a morfogenezis. Vannak azonban más mechanizmusok is, amelyek sejtközi kapcsolatokat biztosítanak.
A sejtmembrán poliszacharidok a fehérjékkel együtt az antigének szerepét töltik be a sejtes immunitás kialakulásában, beleértve a transzplantátum kilökődését is. Felismerési helyként is szolgálnak, ha patogén vírusokkal és mikroorganizmusokkal fertőződnek meg. Például, amikor behatol egy sejtbe, az influenzavírus először a membránjához kötődik, és kölcsönhatásba lép egy bizonyos szerkezetű poliszachariddal.

8) a sejtmembránok szelektív permeabilitással rendelkeznek: glükóz, aminosavak lassan diffundálnak rajtuk, zsírsav, glicerin és ionok, és maguk a membránok bizonyos mértékig aktívan szabályozzák ezt a folyamatot - egyes anyagok átjutnak, míg mások nem. Négy fő mechanizmus létezik az anyagok sejtbe történő bejutására, illetve a sejtből kifelé történő eltávolítására: diffúzió, ozmózis, aktív transzport és exo- vagy endocitózis. Az első két folyamat passzív jellegű, vagyis nem igényel energiát; az utolsó kettő az energiafogyasztással kapcsolatos aktív folyamatok.

A membrán szelektív permeabilitása a passzív transzport során a speciális csatornáknak - integrált fehérjéknek köszönhető. Át- és áthatolnak a membránon, egyfajta átjárót képezve. A K, Na és Cl elemeknek saját csatornái vannak. A koncentráció gradiens tekintetében ezeknek az elemeknek a molekulái a sejtbe és kifelé mozognak. Irritáció esetén a nátriumion csatornák megnyílnak, és a nátriumionok élesen beáramolnak a sejtbe. Ez a membránpotenciál kiegyensúlyozatlanságához vezet. Ezt követően a membránpotenciál visszaáll. A káliumcsatornák mindig nyitva vannak, amelyeken keresztül a káliumionok lassan bejutnak a sejtbe

AZ ANYAGOK MEMBRÁNON KERESZTÜL SZÁLLÍTÁSÁNAK BIOFIZIKÁJA.

Kérdések önvizsgálathoz

1. Milyen adottságokat tartalmaz a gépjármű-közlekedési komplexum infrastruktúrája?

2. Nevezze meg a gépjármű-közlekedési komplexum által okozott környezetszennyezés főbb összetevőit!

3. Nevezze meg a gépjármű-közlekedési komplexum által okozott környezetszennyezés kialakulásának fő okait!

4. Nevezze meg a forrásokat, ismertesse a keletkezési mechanizmusokat és jellemezze a légszennyezés összetételét ipari övezetek és közúti közlekedési vállalkozások szakaszai szerint!

5. Adjon osztályozást! Szennyvíz közúti szállító cégek.

6. Nevezze meg és jellemezze a közúti fuvarozási vállalkozások szennyvizének főbb szennyezését!

7. Ismertesse a közúti fuvarozó vállalkozások hulladéktermelési tevékenységének problémáját!

8. Ismertesse az ATC káros emissziói és hulladékai tömegének típusonkénti megoszlását!

9. Elemezze az ATC infrastruktúra létesítményeinek hozzájárulását a környezetszennyezéshez.

10. Milyen típusú szabályozások alkotják a környezetvédelmi előírások rendszerét. Ismertesse az egyes szabványtípusokat.

1. Bondarenko E.V. A közúti közlekedés környezetbiztonsága: oktatóanyag egyetemeknek / E.V. Bondarenko, A.N. Novikov, A.A. Filippov, O.V. Chekmareva, V.V. Vasziljeva, M.V. Korotkov // Orjol: OrelGTU, 2010. - 254 p. 2. Bondarenko E.V. Közúti közlekedésökológia: [Szöveg]: tankönyv. pótlék / E.V. Bondarenko, G.P. Dvornikov Orenburg: RIK GOU OSU, 2004. - 113 p. 3. Kaganov I.L. Higiéniai és higiéniai kézikönyv a gépjárműveknél. [Szöveg] / I.L. Kaganov, V.D. Moroshek Minsk: Fehéroroszország, 1991. - 287 p. 4. Kartoshkin A.P. A kenőolaj-hulladék begyűjtésének és feldolgozásának koncepciója / A.P. Kartoshkin // Üzemanyagok és olajok kémiája és technológiája, 2003. - 4. sz. – P. 3 – 5. 5. Lukanin V.N. Ipari és közlekedési ökológia [Szöveg] / V.N. Lukanin, Yu.V. Trofimenko M.: Felső. iskola, 2001. - 273 p. 6. Orosz gépjármű-közlekedési lexikon. Gépjárművek műszaki üzemeltetése, karbantartása, javítása. - T.3. - M.: RBOOIP "Felvilágosodás", 2001. - 456 p.

A sejt nyitott rendszer, amely folyamatosan cserél környezet anyag és energia. Anyagok szállítása a biológiai membránokon keresztül szükséges feltételélet. Az anyagok membránokon keresztül történő átvitele összefügg a sejtanyagcsere folyamataival, a bioenergetikai folyamatokkal, a biopotenciálok kialakulásával, a keletkezéssel. ingerületés mások Az anyagok biomembránokon keresztül történő szállításának megsértése különféle kórképekhez vezet. A kezelés gyakran a gyógyszerek sejtmembránon keresztül történő behatolásával jár. A sejtmembrán szelektív gátat képez a sejten belüli és kívüli anyagok számára. A membrántranszportnak két típusa van: passzív és aktív közlekedés.

Minden passzív közlekedés típusai diffúzió elve alapján. A diffúzió számos részecske kaotikus, független mozgásának eredménye. A diffúzió fokozatosan csökkenti a koncentráció gradienst, amíg el nem éri az egyensúlyi állapotot. Ebben az esetben minden ponton azonos koncentráció jön létre, és mindkét irányban egyformán megy végbe a diffúzió A diffúzió passzív transzport, mivel nem igényel külső energiát. A plazmamembránban többféle diffúzió létezik:

1 ) szabad diffúzió.

Számos módja van az anyagoknak a membránon keresztül történő szállításának:

egyszerű diffúzió- ez kis semleges molekulák átvitele a koncentráció gradiens mentén energia- és hordozók ráfordítása nélkül. A lipidmembránon egyszerű diffúzióval a legkönnyebben kis nem poláris molekulák, például O 2, szteroidok, pajzsmirigyhormonok juthatnak át. Kis poláris töltetlen molekulák - CO 2, NH 3, H 2 O, etanol és karbamid - szintén megfelelő sebességgel diffundálnak. A glicerin diffúziója sokkal lassabb, és a glükóz gyakorlatilag nem képes önmagában átjutni a membránon. Minden töltött molekula esetében, mérettől függetlenül, a lipidmembrán át nem eresztő.

Könnyített diffúzió- anyag átvitele koncentrációgradiens mentén energiafelhasználás nélkül, de hordozóval. vízben oldódó anyagokra jellemző. A könnyített diffúzió nagyobb átviteli sebességben és telítési képességében különbözik az egyszerű diffúziótól. A könnyített diffúziónak két típusa van:

a) transzport speciális csatornákon keresztül, amelyek a transzmembrán fehérjékben képződnek (például kation-szelektív csatornákon);

b) specifikus ligandummal kölcsönhatásba lépő transzlokáz fehérjék segítségével biztosítja annak diffúzióját koncentrációgradiens (ping-pong) mentén (glükóz átvitele az eritrocitákba a GLUT-1 hordozófehérje segítségével).

Kinetikailag az anyagok könnyített diffúzióval történő átvitele enzimatikus reakcióhoz hasonlít. A transzlokázok esetében a ligandum telítő koncentrációja van, amelynél a fehérje ligandumhoz való összes kötőhelye elfoglalt, és a fehérjék maximális sebességgel dolgoznak. Ezért az anyagok megkönnyített diffúzióval történő szállításának sebessége nem csak a szállított anyag koncentráció-gradiensétől függ, hanem a membránban lévő hordozó hátak számától is.

Az egyszerű és megkönnyített diffúzió passzív transzportra utal, mivel energiafogyasztás nélkül történik.

aktiv szállitás- anyag szállítása koncentrációgradiens (töltés nélküli részecskék) vagy elektrokémiai gradiens (töltött részecskék esetén) ellen, energiát, leggyakrabban ATP-t igényel. Két típusa van: az elsődleges aktív transzport az ATP vagy redoxpotenciál energiáját használja fel, és transzport ATPázok segítségével valósul meg. Az emberi sejtek plazmamembránjában a leggyakoribb a Na +, K + -ATP-áz, Ca 2+ -ATP-áz, H + -ATP-áz.

A másodlagos aktív transzportban ion gradienst használnak, amely az elsődleges aktív transzportrendszer működése miatt jön létre a membránon (glükóz felszívódása a bélsejtekből és a glükóz és aminosavak reabszorpciója a primer vizeletből a vesesejtek által, amikor Na + az ionok a koncentrációgradiens mentén mozognak).

A makromolekulák membránján áthaladva. A transzportfehérjék kis, poláris molekulákat szállítanak át a sejtmembránon, de nem tudnak makromolekulákat, például fehérjéket, nukleinsavakat, poliszacharidokat vagy egyedi részecskéket szállítani. Azok a mechanizmusok, amelyekkel a sejtek ilyen anyagokat felvehetnek vagy eltávolíthatnak a sejtből, különböznek az ionok és poláris vegyületek szállítási mechanizmusaitól.

A) Egy anyagnak a környezetből a sejtbe történő átjutását a plazmamembrán egy részével együtt ún endocitózis. Az endocitózis (fagocitózis) révén a sejtek nagy részecskéket, például vírusokat, baktériumokat vagy sejtfragmenseket képesek elnyelni. A folyadék és a benne oldott anyagok kis buborékok segítségével történő felszívódását ún pinocitózis.

B) Exocitózis. A makromolekulák, például plazmafehérjék, peptidhormonok, emésztőenzimek szintetizálódnak a sejtekben, majd kiválasztódnak az extracelluláris térbe vagy a vérbe. De a membrán nem permeábilis az ilyen makromolekulák vagy komplexek számára, szekréciójuk exocitózissal megy végbe. A szervezetben szabályozott és szabályozatlan exocitózisút is van. A szabályozatlan szekréciót a szekretált fehérjék folyamatos szintézise jellemzi. Példa erre a fibroblasztok kollagén szintézise és szekréciója az extracelluláris mátrix kialakítása érdekében.

A szabályozott szekréciót az exportra előkészített molekulák szállítási vezikulákban való tárolása jellemzi. A szabályozott szekréció segítségével az emésztőenzimek felszabadulása, valamint a hormonok és neurotranszmitterek szekréciója.

Néha szükséges, hogy belül egy anyag sejtkoncentrációja még alacsony koncentrációban is magas volt az extracelluláris folyadékban (például a káliumionok esetében). Ezzel szemben fontos, hogy a többi ion koncentrációját alacsonyan tartsuk a sejten belül, annak ellenére, hogy a sejten kívül magasak (például a nátriumionok esetében). Ez a két esetben egyik esetben sem érhető el egyszerű diffúzióval, amelynek eredménye mindig az ionok koncentrációjának kiegyenlítése a membrán mindkét oldalán. A káliumionok túlzott mozgásának létrehozásához a sejtbe, a nátriumionok pedig kifelé, bizonyos energiaforrásra van szükség. A molekulák vagy ionok sejtmembránon keresztüli mozgásának folyamatát koncentrációgradiens (vagy elektromos gradiens, valamint nyomásgradiens) ellenében aktív transzportnak nevezzük.

Anyagokhoz, aktív szállítható legalább néhány sejtmembránon keresztül, például nátrium, kálium, kalcium, vas, hidrogén, klór, jód, húgysav, néhány cukor és a legtöbb aminosav.

Elsősorban aktív és másodlagos aktív transzport. A felhasznált energiaforrástól függően az aktív transzport két típusra osztható: elsődleges aktív és másodlagos aktív. Az elsődleges aktív transzporthoz az energiát közvetlenül az adenozin-trifoszfát vagy más nagy energiájú foszfátvegyületek lebontásából nyerik ki. A másodlagos aktív transzportot a másodlagos energia biztosítja, amely a mellékanyagok, molekulák vagy ionok koncentrációjának különbsége formájában halmozódik fel a sejtmembrán mindkét oldalán, amelyet kezdetben az elsődleges aktív transzport hoz létre. Mindkét esetben, csakúgy, mint a megkönnyített diffúzió esetén, a transzport a sejtmembránon áthatoló hordozófehérjéktől függ. A hordozófehérjék funkciója azonban az aktív transzport során eltér a könnyített diffúziótól, mivel az első esetben a fehérjék képesek energiát átadni a szállított anyagnak, hogy az elektrokémiai gradienssel szemben elmozdítsák. Az alábbiakban példákat mutatunk be az elsődleges aktív és másodlagos aktív transzportra, működésük alapelveinek részletesebb magyarázatával.

Nátrium-kálium pumpa

NAK NEK anyagokat ionok, amelyek elsődleges aktív transzporton keresztül szállítódnak, beleértve a nátrium-, kálium-, kalcium-, hidrogén-, klór- és néhány más iont.
Aktív szállító mechanizmus legjobban a nátrium-kálium pumpa (Na+/K+-pumpa) esetében tanulmányozható, egy olyan transzportfolyamat, amely a nátriumionokat a sejtmembránon keresztül kifelé pumpálja, és ezzel egyidejűleg káliumionokat pumpál a sejtbe. Ez a szivattyú felelős a nátrium- és káliumionok különböző koncentrációinak fenntartásáért a membrán mindkét oldalán, valamint a sejteken belüli negatív elektromos potenciál jelenlétéért. (Az 5. fejezetből kiderül, hogy az idegrendszerben az impulzusok átviteli folyamatának is ez az alapja.)

Hordozó fehérje két különálló globuláris fehérje komplexe képviseli: egy nagyobb, az alfa alegység, amelynek molekulatömege körülbelül 100 000, és egy kisebb, az úgynevezett béta alegység, amelynek molekulatömege körülbelül 55 000. Bár a funkciója a kisebb fehérje nem ismert (kivéve, hogy rögzítheti a fehérje komplexet a lipidmembránban), egy nagy fehérjének három sajátos jellemzők fontos a szivattyú működése szempontjából.

1. A fehérje sejtbe benyúló részén három receptorhely található a nátriumionok megkötésére.
2. A fehérje külső részén két receptorhely található a káliumionok megkötésére.
3. A fehérje belső része, amely a nátriumionok kötőhelyei közelében helyezkedik el, ATPáz aktivitással rendelkezik.

Vegye figyelembe a szivattyú működését. Ha a hordozófehérjéhez kívülről 2 káliumion, belülről pedig 3 nátriumion kötődik, aktiválódik a fehérje ATPáz funkciója. Ez 1 ATP-molekula ADP-vé válásához vezet, felszabadítva egy nagy energiájú foszfátkötés energiáját. Úgy gondolják, hogy ez a felszabaduló energia kémiai és konformációs változást okoz a hordozó fehérje molekulában, aminek következtében 3 nátriumion kifelé, 2 káliumion pedig bejut a sejtbe.

Más enzimekhez hasonlóan Na-K+-ATP-aza fordítva is működhet. A Na + és K + elektrokémiai gradiensének kísérleti növelésével olyan értékekre, hogy a bennük felhalmozódott energia magasabb lesz, mint az ATP hidrolízisének kémiai energiája, ezek az ionok koncentrációgradiensük mentén mozognak, és a Na + / K + -A Hacoc ATP-t szintetizál ADP-ből és foszfátból. Ezért a Na+/K+ pumpa foszforilált formája lehet foszfátdonor az ATP ADP-ből történő szintéziséhez, vagy energiát használhat fel konformációjának megváltoztatására, és nátriumot pumpálhat ki a sejtből és káliumot a sejtbe. Az ATP, ADP és foszfát relatív koncentrációja, valamint a nátrium és a kálium elektrokémiai gradiense határozza meg az enzimreakció irányát. Egyes sejtek, például az elektromosan aktív idegsejtek esetében a sejt által fogyasztott teljes energia 60-70%-át a nátrium kivezetésére és a kálium bejuttatására fordítják.

Az anyagok aktív transzportja a teljes (általánosított) gradiens ellenében történik. Ez azt jelenti, hogy egy anyag átvitele az alacsonyabb elektrokémiai potenciál értékű helyekről a magasabb értékű helyekre történik.

Az aktív transzport nem megy spontán módon, hanem csak az adenozin-trifoszforsav (ATP) hidrolízisének folyamatával együtt, vagyis az ATP molekula makroerg kötéseiben tárolt energia felhasználása miatt.

Az anyagok biológiai membránokon keresztül történő aktív transzportja nagy jelentőséggel bír. Az aktív transzport hatására a szervezetben koncentrációgradiensek, elektromos potenciálgradiensek, nyomásgradiensek, stb. jönnek létre, amelyek életfolyamatokat támogatnak, vagyis termodinamikai szempontból az aktív transzport nem egyensúlyi állapotban tartja a szervezetet, az életfolyamatok normális lefolyásának biztosítása.

Az aktív átvitelhez az energiaforrás mellett bizonyos struktúrák megléte is szükséges. Alapján modern ötletek, a biológiai membránokban olyan ionpumpák találhatók, amelyek az ATP hidrolízis energiájának köszönhetően működnek, vagy az úgynevezett transzport ATP-ázok, amelyeket fehérjekomplexek képviselnek.

Jelenleg háromféle elektrogén ionszivattyú ismert, amelyek az ionok aktív átvitelét végzik a membránon keresztül. Ez a K + -Na + -ATPáz a citoplazma membránokban (K + -Na + -pumpa), a Ca 2+ -ATPáz (Ca 2+ -pumpa) és a H + -ATPáz az energiakapcsoló mitokondriális membránokban (H + - pumpa) vagy protonpumpa).

Az ionok transzport ATPázok általi átvitele az átviteli folyamatok konjugációja miatt következik be kémiai reakciók, a sejtanyagcsere energiája miatt.

A K + -Na + -ATPáz munkája során az egyes ATP molekulák hidrolízise során felszabaduló energia hatására két káliumion kerül a sejtbe és három nátriumion egyszerre pumpálódik ki a sejtből. Így a sejtben megnövekedett káliumion-koncentráció és az intercelluláris közeghez képest csökkent nátrium-koncentráció jön létre, aminek nagy élettani jelentősége van.

A Ca 2+ -ATPázban az ATP hidrolízis energiája miatt két kalciumion, a H + pumpában pedig két proton szállítódik.

Az ionos ATPázok működésének molekuláris mechanizmusa nem teljesen ismert. Mindazonáltal ennek az összetett enzimatikus folyamatnak a fő szakaszai nyomon követhetők. A K + -Na + -ATPáz esetében (a rövidség kedvéért E-vel jelöljük) az iontranszfer hét szakasza van az ATP hidrolízisével kapcsolatban. Az E 1 és E 2 jelölések megfelelnek az enzim aktív helyének a membrán belső és külső felületén (ADP-adenozin-difoszfát, P - szervetlen foszfát, a csillag jelzi az aktivált komplexet):

1) E + ATP à E*ATP,

2) E*ATP + 3Naà [E*ATP]*Na 3,

3) [E * ATP] * Na 3 à * Na 3 + ADP,

4) *Na 3 a *Na 3,

5) *Na 3 + 2K a *K 2 + 3Na,

6) *K2 a *K2,

7) *K 2 à E + P + 2K.

A séma azt mutatja, hogy az enzim működésének legfontosabb szakaszai a következők: 1) ATP-vel enzimkomplex kialakulása a membrán belső felületén (ezt a reakciót magnéziumionok aktiválják); 2) kötődés három nátriumion komplexével; 3) az enzim foszforilációja adenozin-difoszfát képződésével; 4) az enzim konformációjának változása a membránon belül; 5) a nátrium és a kálium ioncseréjének reakciója, amely a membrán külső felületén megy végbe; 6) az enzimkomplex konformációjának fordított változása a káliumionok sejtbe való átvitelével, és 7) az enzim visszatérése eredeti állapotába káliumionok és szervetlen foszfát felszabadulásával. Így egy teljes ciklus során három nátriumion szabadul fel a sejtből, a citoplazma két káliumionnal gazdagodik, és egy ATP-molekula hidrolizál.

A fent tárgyalt ionpumpákon kívül ismertek hasonló rendszerek, amelyekben az anyagok felhalmozódása nem az ATP hidrolízissel, hanem a redox enzimek munkájával vagy a fotoszintézissel jár. Az anyagok transzportja ebben az esetben másodlagos, amelyet a membránpotenciál és (vagy) az ionok koncentráció-gradiense közvetít specifikus hordozók jelenlétében a membránban. Ezt a transzportmechanizmust másodlagos aktív transzportnak nevezzük. Az élő sejtek plazmatikus és szubcelluláris membránjában lehetséges az elsődleges és másodlagos aktív transzport egyidejű működése. Egy ilyen transzfermechanizmus különösen fontos azon metabolitok esetében, amelyeknél nincs pumpa (cukrok, aminosavak).

Az ionok együttes egyirányú átvitelét egy kéthelyes hordozó részvételével szimportnak nevezzük. Feltételezzük, hogy a membrán tartalmazhat hordozót egy kationnal és anionnal alkotott komplexben, valamint egy üres hordozót. Mivel a membránpotenciál ilyen átviteli sémában nem változik, az átvitel oka az egyik ion koncentrációjának különbsége lehet. Úgy gondolják, hogy az aminosavak sejtek általi felhalmozódása a szimport séma szerint történik.

Következtetések és következtetések.

Az életfolyamat során a sejt határait különböző anyagok lépik át, amelyek áramlását hatékonyan szabályozzák. A sejtmembrán ezzel a feladattal megbirkózik a beépített szállítórendszerekkel, beleértve az ionpumpákat, a hordozómolekulák rendszerét és a rendkívül szelektív ioncsatornákat.

Az átviteli rendszerek ilyen sokasága első pillantásra feleslegesnek tűnik, mert csak az ionszivattyúk működése teszi lehetővé jellemzők biológiai transzport: nagy szelektivitás, anyagok transzportja diffúziós erők ellen és elektromos mező. A paradoxon azonban az, hogy a szabályozandó áramlások száma végtelenül nagy, miközben mindössze három szivattyú van. Ebben az esetben különösen fontosak az ionkonjugáció mechanizmusai, az úgynevezett másodlagos aktív transzport, amelyekben fontos szerep diffúz folyamatokat játszanak le. Így az anyagok aktív transzportjának kombinációja a diffúziós transzfer jelenségeivel sejt membrán- ez az alap, amely biztosítja a sejt létfontosságú tevékenységét.

A Biológiai és Orvosi Fizikai Tanszék vezetője, a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, egyetemi docens, Novikova N.G. dolgozta ki.