Механизмы транспорта веществ через клеточную мембрану

Транспорт частиц является жизненно важным для организма процессом. Он обеспечи­вает:

1) поступление в организм через желу­дочно-кишечный тракт различных веществ в кровь и лимфу и в каждую клетку организма, необходимых для синтеза клеточных струк­тур и выработки энергии;

2) регуляцию фи­зико-химических показателей внутренней среды (осмотическое давление, рН);

3) создание электрических зарядов клеток, воз­никновение и распространение возбуждения;

4) сократительную деятельность поперечно­полосатых (в том числе сердечной) и гладких мышц внутренних органов;

5) выделение клетками секретов (гормонов, ферментов, других биологически активных веществ);

6) выделение продуктов обмена в окружаю­щую среду (почки, легкие, желудочно-ки­шечный тракт, кожа);

7) реализацию дейст­вия фармакологических препаратов.

Транспорт веществ делят на пассивный (без затрат энергии) и активный (с затратой энергии). Движущей силой пассивного перемещения веществ являются концентрационный (химический), электри­ческий и гидростатический градиенты. Со­гласно концентрационному градиенту, час­тицы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концент­рацией. При наличии разности гидростати­ческих давлений, например в сосудах и интерстиции, жидкость движется через полу­проницаемые мембраны из области с высо­ким гидростатическим давлением в область с более низким давлением. Вещества в этом случае следуют за растворителем, если мем­брана проницаема для них. Следует заме­тить, что термин «пассивный транспорт» не соответствует реальной действительности, так как электрический, концентрационный и гидростатический градиенты в животном организме создаются активно — с затратой энергии. Обмен веществ между организмом и внешней средой может проходить частично без затрат энер­гии, если имеется концентрационный градиент, -это диффузия газов из легких в кровь или выход их из крови и всасывание питательных веществ в кровь из желудочно-кишечного тракта, если их концентрация в кишечнике больше, чем в крови. В организме транспорт веществ осуществляется с затратой энергии. Поэтому термин «пассивный транспорт» целесообразно исключить, так как по­добного механизма в животном организме вообще не существуют — все виды транспорта веществ в организме осуществляются активно, с затратой энергии. Но в одних случаях энергия затрачивает­ся непосредственно на транспорт какой-либо час­тицы, например иона Na⁺, с помощью белковой молекулы, называемой насосом. Это первично ак­тивный механизм: в данном случае создается кон­центрационный (химический) градиент — запас потенциальной энергии. В других случаях энергия на перенос частиц затрачивается опосредованно: например, перенос молекул глюкозы с помощью натрия — это вторично активный механизм, энер­гия расходуется на перенос только натрия. Счита­ют, что движение воды, согласно закону осмоса, осуществляется пассивно: без затрат энергии вода движется в область с высокой концентрацией час­тиц (с высокой осмолярностью). Однако когда ос­мотическое давление сравняется по обе стороны мембраны, одностороннее движение воды прекра­тится. Движение воды, в результате которого была израсходована потенциальная энергия в виде кон­центрационного градиента, нельзя назвать пас­сивным, без затрат энергии, — это вторично ак­тивный транспорт.

Если энергия расходуется непосредствен­но на перенос частиц, транспорт следует на­зывать первично активным.

Если же на транспорт частиц расходуется ранее запасенная энергия, например кон­центрационный градиент, такой транспорт следует называть вторично активным. По­скольку транспорт в обоих случаях является активным (с затратой энергии), обоснованно использовать термины первичный и вторич­ный транспорт веществ.