Мембранный транспорт

Мембранный транспорт — это контролируемое перемещение растворённых веществ через липидный бислой, варьирующееся от пассивной диффузии по градиенту до энергозависимого перекачивания против него.

Definition

Мембранный транспорт — это совокупность процессов, посредством которых ионы и молекулы пересекают биологические мембраны, классифицируемых как пассивные (по электрохимическому градиенту) или активные (против градиента, требующие источника энергии).

Scope

Эта тема охватывает термодинамику движения растворённых веществ через мембраны, простую и облегчённую диффузию через каналы и переносчики, первичный активный транспорт, осуществляемый за счёт АТФ, и вторичный активный транспорт, использующий ионный градиент для сопряжённого переноса, с натрий-калиевым насосом в качестве центрального примера.

Core questions

• Что отличает каналы от белков-переносчиков?
• Чем облегчённая диффузия отличается от активного транспорта?
• Как натрий-калиевый насос использует АТФ для перемещения ионов?
• Как вторичный активный транспорт использует существующий градиент?

Key theories

АТФ-зависимая ионная помпа

Скоу открыл АТФазу, которая выкачивает натрий из клеток и закачивает калий в них, установив, что активный транспорт осуществляется за счёт гидролиза АТФ, сопряжённого с конформационными изменениями в транспортном белке.

Mechanisms

Пассивный транспорт перемещает растворённые вещества по их электрохимическому градиенту; каналы обеспечивают водные пути для быстрого, селективного потока, в то время как переносчики связывают и перемещают растворённые вещества. Активный транспорт перемещает растворённые вещества против градиента: первичные активные транспортёры, такие как натрий-калиевый насос, гидролизуют АТФ и циклически изменяют конформацию, попеременно открывая сайты связывания для каждой стороны мембраны, в то время как вторичные активные транспортёры сопрягают движение одного растворённого вещества против градиента с движением иона, такого как натрий, по градиенту.

Clinical relevance

Химия транспорта является основополагающей для понимания селективных барьеров, сенсорных процессов и энергетики накопления растворённых веществ, а также лежит в основе разработки мембранных методов разделения. Изложение носит описательный, а не предписывающий характер.

History

Идентификация Скоу в 1957 году натрий-калиевой АТФазы выявила молекулярную основу активного транспорта; более поздние структурные исследования, включая работы МакКиннона по ионным каналам, прояснили, как осуществляется селективный пассивный транспорт.

Key figures

• Jens Christian Skou
• Peter Mitchell
• Roderick MacKinnon

Seminal works

• skou1957
• nelson2021

Frequently asked questions

В чём разница между каналом и переносчиком?

Канал образует открытую пору, которая позволяет выбранным растворённым веществам быстро проходить, в то время как переносчик связывает своё растворённое вещество и претерпевает конформационное изменение, чтобы высвободить его на другой стороне, что происходит медленнее.

Что такое вторичный активный транспорт?

Вторичный активный транспорт обеспечивает движение одного растворённого вещества против градиента, сопрягая его с движением другого, обычно иона, по градиенту, который был ранее создан первичным насосом.