Активный ионный транспорт

Активный ионный транспорт - это такой транспорт, когда энергия расходуется непосредственно на перенос частиц. Он включает, во-первых, перенос отдельных ионов вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов, во-вторых, эндоцитоз, экзоцитоз и трансцитоз (микровезикулярный транспорт).

А. Транспорт веществ с помощью насосов (помп). Насосы представляют собой белковые молекулы, обладающие свойствами переносчика и АТФазной активностью. Рассмотрим основные характеристики насосов.

1. Специфичность насосов заключается в том, что они обычно переносят какой-то определенный ион или 2 иона. 3. Постоянная работа насосов необходима для поддержания концентрационных градиентов ионов, связанного с ними электрического заряда клетки и движения воды и незаряженных частиц в клетку и из клетки вторично активно согласно законам диффузии и осмоса. Совокупность этих процессов обеспечивает жизнедеятельность нейрона, как и любой другой клетки. В результате разной проницаемости клеточной мембраны для различных ионов и постоянной работы ионных помп концентрация ионов внутри и снаружи клетки неодинакова. Ионы являются заряженными частицами, поэтому существует электрический заряд нейрона. 4. Механизм работы ионных насосов заключается в следующем. Na/K-насос - молекула интегрального белка, пронизывающая всю толщу клеточной мембраны, переносит за один цикл 3 иона Na+ из клетки и 2 иона K+ в клетку (антипорт - противотранспорт). Эндоцитоз и экзоцитоз (микровезикулярный транспорт).

Это еще два первичных (первично активных), близких по механизму транспорта, посредством которых различные материалы переносятся через мембрану либо в клетку (эндоцитоз), либо из клетки (экзоцитоз). С их помощью транспортируются крупномолекулярные вещества (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты), которые не могут транспортироваться по каналам или с помощью насосов.

16. Предназначение и механизм действия «ионного насоса».

Потенциал покоя (ПП) - разность электрических потенциалов между наружной и внутренней сторонами клеточной мембраны. Его величина в нервных клетках составляет 60-80 мВ. При регистрации ПП луч осциллографа во время прокола мембраны клетки микроэлектродом скачком отклоняется и показывает отрицательный заряд внутри клетки.

ПП играет исключительно важную роль в жизнедеятельности самого нейрона и организма в целом. В частности, он составляет основу для переработки информации в нервной клетке, обеспечивает регуляцию деятельности внутренних органов и опорно-двигательного аппарата посредством запуска процессов возбуждения и сокращения в мышце. Непосредственной причиной формирования ПП является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки.

В результате непрерывного перемещения различных ионов через клеточную мембрану их концентрация внутри и вне клетки постепенно должна выравниваться. Однако, несмотря на постоянную диффузию ионов (утечка ионов), ПП клеток остается на одном уровне. Следовательно, кроме собственно ионных механизмов формирования ПП, связанных с различной проницаемостью клеточной мембраны и диффузией ионов, имеется активный механизм поддержания градиентов концентрации различных ионов внутри и вне клетки. Таким механизмом являются ионные насосы, в частности Na/K-насос(помпа).

Ионный насос - это транспортная система, обеспечивающая перенос иона с непосредственной затратой энергии вопреки концентрационному и электрическому градиентам. Если заблокировать освобождение энергии, например, динитрофенолом в течение 1 ч, то выведение ионов Na+из клетки сократится примерно в 100 раз. Как выяснилось, выведение ионов Na+ сопряжено с транспортом ионов К+, что можно продемонстрировать при удалении ионов К+из наружного раствора. Если ионов К+ на наружной стороне мембраны нет, то работа насоса блокируется, перенос ионов Na+ клетки в этом случае падает, составляя примерно 30% от нормального уровня. Сопряженность транспорта ионов Na+ и К+ уменьшает расход энергии примерно в 2 раза по сравнению с той, которая потребовалась бы при несопряженном транспорте. В целом траты энергии на активный транспорт веществ огромны: только Na/K- насос потребляет 1/3 всей энергии, расходуемой организмом в покое. За 1 с один Na/K-насос (одна молекула белка) переносит 150-600 ионов Na+ Накопление Na+ в клетке стимулирует работу Na/K-насоса, уменьшение Na+ в клетке снижает его активность, поскольку снижается вероятность контакта ионов с соответствующим переносчиком. В результате сопряженного транспорта ионов Na+ и К+ поддерживается постоянная разность концентраций этих ионов внутри и вне клетки. Одна молекула АТФ обеспечивает один цикл работы Na/K- насоса - перенос 3 ионов Na+ за пределы клетки и 2 ионов К+ внутрь клетки. Асимметричный перенос ионов Na/K- насосом поддерживает избыток положительно заряженных частиц на наружной поверхности клеточной мембраны и отрицательных зарядов внутри клетки, что позволяет считать Na/K-насос структурой электрогенной, дополнительно увеличивающей ПП примерно на 5-10 мВ. Данный факт свидетельствует о том, что решающим фактором в формировании ПП является селективная проницаемость клеточной мембраны для разных ионов. Если уравнять проницаемость клеточной мембраны для всех ионов, то ПП будет составлять только 5-10 мВ - за счет работы N/K-помпы.

Одновременно с выведением Na+ из клетки он диффундирует обратно в клетку. Однако мембрана малопроницаема для Na+, поэтому диффузия в обратном направлении происходит очень медленно. Для К+ мембрана клеток в покое более проницаема, соответственно К+ диффундирует наружу гораздо быстрее. Ионный насос поддерживает разность концентраций ионов Na+ и К+ вне и внутри клетки.

Нормальная величина ПП является необходимым условием возникновения процесса возбуждения клетки, т.е. возникновения и распространения ПД, инициирующего специфическую деятельность клетки.