Вопрос 7.  Активный транспорт. Эндо- и экзоцитоз. Клеточные насосы.

Активный транспорт

1) Перенос веществ осуществляется против преобладающего физико- химического градиента (чаще всего концентрационного);

2) С затратой энергии АТФ непосредственно на процесс переноса вещества через мембрану.

Первичный и вторичный активный транспорт.

Активный транспорт молекул через мембрану против градиента концентрации идет при участии мембранных белков, использующих для процесса транслокации энергию гидролиза.

В зависимости от способа использования энергии для транспорта молекул выделяют первично- и вторично-активный транспорт.

Типы активного транспорта.

1.  Первичный активный транспорт происходит за счет энергии, образующейся непосредственно при гидролизе АТФ или других энергетических фосфатов.

2.  Вторичный активный транспорт- за счет энергии, создаваемой при помощи первичного активного транспорта из-за неодинаковой концентрации ионов по разные стороны мембраны.

Экзоцитоз (от др.-греч. ἔξω — «вне, снаружи» + κύτος — «клетка») — механизм клеточных выделений:

у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки, пептидные гормоны и др.) выделяются из клетки этим способом.

у прокариот везикулярный механизм экзоцитоза не встречается: у них экзоцитозом называют встраивание белков в клеточную мембрану (или в наружную мембрану у грамотрицательных бактерий), выделение белков из клетки во внешнюю среду или в периплазматическое пространство.

Экзоцитоз может выполнять три основные задачи:

1.  доставка на клеточную мембрану липидов, необходимых для роста клетки;

2.  высвобождение различных соединений из клетки, например, токсичных продуктов метаболизма или сигнальных молекул (гормонов или нейромедиаторов);

3.  доставка на клеточную мембрану функциональных мембранных белков, таких как рецепторы или белки-транспортёры. При этом часть белка, которая была направлена внутрь секреторной везикулы, оказывается выступающей на наружной поверхности клетки.

Эндоцитоз — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны. Различают фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз. Термин был предложен в 1963 году бельгийским цитологом Кристианом де Дювом для описания множества процессов интернализации, развившихся в клетке млекопитающих.

Биологические насосы.

Основные типы первично-активного транспорта:

1. Натрий-калиевый насос- Na+-К+- АТФаза, переносящий натрий из клетки, а калий-в клетку.

2. Кальциевый насос - Са2+-АТФаза, транспортирует кальций из клетки или из цитозоля в ретикулум.

3. Протонный насос-Н+- АТФаза, функционирует в митохондриях и хлоропластах, используя градиент протонов для синтеза АТФ.

Натрий-калиевый насос существует в плазматических мембранах всех животных и растительных клеток.

Он выкачивает ионы натрия из клеток и закачивает в клетки ионы калия.

В результате концентрация калия в клетках существенно превышает концентрацию ионов натрия.

Натрий-калиевый насос-один из интегральных белков мембраны.

Он обладает энзимными свойствами и способен гидролизовать аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), являющуюся основным источником и хранилищем энергии метаболизма в клетке. Благодаря этому указанный интегральный белок называется натрий-калиевой АТФазой.

Молекула АТФ распадается на молекулу аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганический фосфат.

Молекула насоса существует в двух основных конформациях, взаимное преобразование которых стимулируется гидролизом АТФ.

При повышении концентрации натрия в клетке три иона натрия присоединяются к белку.

Молекула насоса приобретает АТФ-азную активность.

При расщеплении натрий-калиевой АТФазой молекулы АТФ неорганический фосфат присоединяется к белку.

Конформация натрий-калиевой АТФазы изменяется, три иона натрия удаляются из клетки.

Затем молекула неорганического фосфата отсоединяется от насоса-белка, и насос превращается в переносчик калия. В результате два иона калия попадают в клетку.

Таким образом, при расщеплении каждой молекулы АТФ, выкачиваются три иона натрия из клетки и два иона калия закачиваются в клетку.

Один натрий-калиевый насос может перенести через мембрану 150-600 ионов натрия в секунду. Следствием его работы является поддержание трансмембранных градиентов натрия и калия.

Транспорт веществ через мембрану:

Варианты транспортных процессов через мембрану:

Три класса мембранных транспортных белков: каналы, переносчики и насосы.

Каналы и переносчики осуществляют пассивный транспорт через мембрану за счет простой или «принудительной» («вторично-активный транспорт») диффузии соответственно по градиенту электрохимического потенциала.

Каналы работают как специфичные регулируемые (открыт — закрыт) мембранные поры.

Переносчики связывают транспортируемые молекулы на одной стороне мембраны и высвобождают на другой, при этом если в процессе участвует сопрягающий ион (протон), переносчики осуществляют «вторично активный» транспорт: ВСТАВИТЬ ФОРМУЛУ обеспечивает транспорт веществ против градиента их концентрации.

Насосы осуществляют первично-активный транспорт- они переносят ионы против градиента их концентрации используя для этого энергию гидролиза АТФ непосредственно.

Диффузия

Облегченная диффузия