Особенности транспорта веществ через мембрану

Особенности транспорта веществ через мембрану

Строение и свойства клеточной мембраны

В любой клеточной мембране можно обнаружить активные клетки-рецепторы. По химической природе они относятся к белкам или гликопротеидам, у них есть способность к распознаванию определенных молекул или лигандов. Многоклеточный организм внутри имеет множество различных типов клеток, обладающих уникальным набором рецепторов. Эти рецепторы выступают из клеточной мембраны и дают возможность узнавать клетки. Процесс распознавания очень сильно связан с различными процессами транспорта веществ и ионов через мембрану.

Мембранные белки принимают участие в транспорте определенных молекул и осуществляют связь цитоскелета с клеточными мембранами, в результате чего преобразуются химические сигналы из окружающей среды.

Важно обозначить некоторые свойства мембраны, которые помогут разобраться с основными принципами транспорта веществ через нее:

• для нее характерна избирательная проницаемость, которая при различных состояниях клетки меняется;
• в мембране есть определенные каналы, через которые различные ионы проникают в клетку. Есть два вида каналов: потенциал-зависимые (они открываются при разности потенциалов) и потенциал-независимые (открываются при взаимодействии с рецепторами);
• суть избирательной проницаемости заключается в том, что прохождение ионов внутрь клетки происходит с разной скоростью. Максимальная скорость проникновения у ионов вроде азота, кислорода и др.

Особенности различных видов транспорта веществ через мембрану

Механизмы мембранного транспорта встречаются самые разные. К примеру, транспорт может происходить через билипидный слой мембраны при помощи белков-переносчиков и специализированных каналов. В случае отсутствия белков внутри плазматической мембраны, проникновение молекул внутрь клетки было бы существенно тяжелее.

Поговорим об активном и пассивном транспорте веществ через мембрану.

Пассивный вид транспорта через клеточную мембрану осуществляется:

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

Есть несколько вариантов обеспечения движущей силы ионов:

• с помощью специализированных трансмембранных белков. Этот способ позволяет переносить незаряженные полярные молекулы. К примеру, глюкозы и сахарозы;
• при помощи разности концентрации вещества или осмосом;
• различной величиной электрического потенциала на мембране, но важно, чтобы переносимое вещество несло какой-либо заряд;
• транспорт воды возможен благодаря работе белков-аквапоринов.

Простая диффузия — это перенос веществ через мембрану по градиенту концентрации: из высокой в низкую без затрат энергии.

Посредством простой диффузии в клетку попадают разнообразные гидрофобные вещества (кислород, азот, бензол), а также различные полярные молекулы вроде воды и углекислого газа. Такой способ не позволяет проникнуть в клетку таким веществам как аминокислоты и моносахариды.

Диффузия воды в клетку происходит путем осмоса. Под осмосом понимают одностороннюю диффузию воды через полупроницаемую мембрану в раствор с более высокой концентрацией. Кроме того, в растворе с более высокой концентрацией содержится минимальная концентрация молекул растворителя. Растворитель просачивается сюда посредством диффузии — из области вещества с меньшей концентрацией.

Есть случаи, когда можно говорить о плохой проницаемости мембраны или вообще об отсутствии проницаемости какого-либо вещества. Однако, в то же время, она подвергается воздействию различных осмотических сил.

В случае более низкой концентрации вещества в клетке, вода ее покидает, и клетка сжимается. В случае более высокой концентрации клетка впускает внутрь воду и увеличивается в объеме.

Облегченная диффузия — еще один вариант транспорта веществ через мембрану. Под ней понимают процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации, в котором участвуют белки-переносчики.

Мембранные каналы бывают:

• специфичными или селективными;
• меняющими собственное состояние;
• чувствительными к лигандам или зарядам мембраны.

Благодаря облегченной диффузии в клетку попадают органические вещества, обладающие высокой полярностью.

Облегченная диффузия отличается некоторыми особенностями:

• высокой скоростью проникновения веществ;
• ориентацией на электрохимический градиент;
• ограничением по скорости.

Активный транспорт — наиболее эффективный способ транспорта веществ, под которым понимают процесс трансмембранного переноса веществ против градиента концентрации. Активный транспорт веществ через мембрану предполагает затраты энергии. Этот транспорт веществ через биологические мембраны осуществляется всегда при участии белков-носителей: транспортеров. Таким образом происходит формирование своеобразного белкового насоса. Этот вид транспорта зависит от источника энергии, а также возможности прямо использовать энергию АТФ.

В случае транспорта через мембрану отдельного растворенного вещества речь идет о таком варианте транспорта как унипорт. Функция переносчиков посложнее — транспортировка двух растворенных веществ одновременно. В таком случае перенос одного зависит от одновременного переноса другого в аналогичном направлении (симпорт) или противоположном (антипорт).

Как видно, для каждого вида проницаемости через мембрану характерно осуществление за счет основных их функций:

• ограничение содержимого клетки от внешней среды и органелл;
• обеспечение качественного перемещения веществ внутрь клетки, а также из нее;
• наличие рецепторов, позволяющих преобразовывать сигналы из окружающей среды и распознавать определенные клетки;
• наличие ферментов или катализаторов реакции транспорта или прочих химических процессов.

Как видно, транспорт веществ через мембрану — базовый физиологический процесс, с помощью которого поддерживается клеточный гомеостаз.