Транспорт веществ через мембрану

Строение и свойства клеточной мембраны

В любую клеточную мембрану встроены активные клетки – рецепторы, которые по химической природе являются белками или гликопротеидами и могут распознавать определенные молекулы или лиганды. Внутри многоклеточного организма имеются различные типы клеток с уникальным набором рецепторов, которые выступают из клеточной мембраны и позволяют узнавать клетки. В процессе распознавания колоссальную роль играют различные процессы транспорта веществ, а также ионов через мембрану.

Мембранные белки участвуют в транспорте определенных молекул и осуществляют связь цитоскелета с клеточными мембранами и позволяют преобразовать химические сигналы из окружающей среды.

Для того, чтобы понять основные принципы транспорта веществ через мембрану необходимо описать ее свойства:

• она обладает свойством избирательной проницаемости, которая меняется при различных состояниях клетки;
• в мембране имеются определенные каналы, через которые в клетку проникают различные ионы. Такие каналы могут быть потенциал зависимыми и открываются при разности потенциалов, потенциал-независимые каналы открываются при взаимодействии с рецепторами;
• избирательная проницаемость заключается в том, что ионы проходят внутрь клетки с различной скоростью. Максимальной скоростью проникновения обладают такие ионы, как азот, кислород и пр.

Особенности различных типов транспорта веществ через мембрану

Механизмы мембранного транспорта могут быть различными. Транспорт может осуществляться через билипидный слой мембраны с помощью белков- переносчиков и специализированных каналов. Если бы внутри плазматической мембраны отсутствовали белки, то легкость проникновения молекул внутрь клетки была гораздо меньше.

Пассивный транспорт может происходить:

• через фосфолипидный слой,
• через белки-переносчики,
• через специализированные белковые каналы.

Движущая сила ионов может обеспечиваться:

• специализированными трансмембранными белками. Таким способом переносятся незаряженные полярные молекулы. Например, такими молекулами является глюкоза и сахароза;
• разностью концентрации вещества или осмосом;
• транспорт воды обеспечивается работой белков-аквапоринов;
• различной величиной электрического потенциала на мембране (в том случае, если перемещаемое вещество несет какой – либо заряд).

Диффузия веществ через мембрану может быть простой и облегченной.

Путем простой диффузии в клетку проникают различные гидрофобные вещества (кислород, азот, бензол), а также различные полярные молекулы (углекислый газ, вода). Путем простой диффузии в клетку не могут проникнуть такие вещества, как аминокислоты и моносахариды.

Вода диффундирует в клетку путем осмоса. Осмос представляет собой одностороннюю диффузию воды сквозь полупроницаемую мембрану в раствор с более высокой концентрации. При этом раствор с высокой концентрацией содержит минимальную концентрацию молекул растворителя. В него путем диффузии просачивается растворитель из области вещества с меньшей концентрацией.

Бывают случаи, когда мембрана обладает плохой проницаемостью или она вообще не проницаема для какого – либо вещества. При этом она подвергается действию различных осмотических сил.

При более низкой концентрации вещества в клетке вода из нее выходит, и клетка сжимается, при более высокой концентрации — впускает внутрь воду, и клетка увеличивается в объеме.

Еще одной разновидностью транспорта веществ через мембрану является облегченная диффузия. Ее трактуют как процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации при участии белков – переносчиков.

Мембранные каналы могут быть:

• специфичными (селективными);
• меняющими собственное состояние;
• чувствительными к лигандам иди зарядам мембраны.

Облегченная диффузия дает возможность попадания в клетку органических веществ с высокой полярностью. Облегченная диффузия обладает рядом особенностей. К ним относят:

• высокая скорость проникновения веществ;
• ориентация на электрохимический градиент;
• ограничения по скорости.

Одним из наиболее эффективных способов транспорта веществ является активный транспорт. Он трактуется как процесс трансмембранного переноса веществ против градиента концентрации. При активном транспорте происходят затраты энергии. Механизм такого транспорта всегда происходит при участии белков – носителей, которые называют транспортерами. Другими словами, при таком виде транспорта формируется своеобразный белковый насос. Он зависит от источника энергии и возможности прямого использования АТФ.

Если через мембрану проходит отдельное растворенное вещество, то такой тип транспорта называется унипортом. Более сложная функция переносчиков - транспортировка двух растворенных веществ совместно, так что перенос одного зависит от одновременного переноса другого в том же самом направлении (симпорт) или в противоположном направлении (антипорт).

Таким образом, все виды проницаемости через мембрану осуществляются благодаря их основным функциям:

• ограничение содержимого клетки от внешней среды и органелл;
• обеспечение качественного транспорта веществ внутрь клетки и из нее;
• содержит рецепторы, которые позволяют преобразовывать сигналы из окружающей среды и узнавать те или иные клетки;
• содержат ферменты или катализаторы реакции транспорта или других химических процессов.

Также мембрана позволяет преобразовать энергию и реализовать электронный транспорт и синтез АТФ внутри митохондрии и хлоропластов.

Таким образом, транспорт веществ через мембрану является одним из базовых физиологических процессов, позволяющим поддерживать клеточный гомеостаз.