Механизмы мембранного транспорта

Клетки перемещают растворённые вещества через свои мембраны с помощью ряда механизмов, от пассивной диффузии по градиенту до энергозависимой перекачки против него.

Definition

Механизмы мембранного транспорта — это молекулярные пути, по которым растворённые вещества пересекают мембрану; они классифицируются как пассивные, когда следуют электрохимическому градиенту, и активные, когда движутся против него, используя источник энергии.

Scope

Эта тема охватывает пассивный транспорт посредством простой и облегчённой диффузии, различие между каналами и переносчиками, первичный активный транспорт, осуществляемый за счёт АТФ, вторичный активный транспорт, сопряжённый с ионными градиентами, и селективность, которая позволяет транспортным белкам различать растворённые вещества.

Core questions

• Чем каналы и переносчики отличаются по способу перемещения растворённых веществ?
• В чём разница между облегчённой диффузией и активным транспортом?
• Как натрий-калиевый насос использует АТФ для перемещения ионов?
• Как транспортные белки достигают селективности в отношении конкретных ионов?

Key theories

АТФ-зависимая ионная помпа

Скоу идентифицировал АТФазу, которая перемещает натрий и калий против их градиентов, показав, что активный транспорт осуществляется за счёт гидролиза АТФ, сопряжённого с конформационными изменениями в насосе.

Структурная основа ионной селективности

Атомная структура калиевого канала выявила селективный фильтр, карбонильные группы остова которого имитируют гидратную оболочку калия, объясняя, как каналы быстро проводят один ион, исключая другие.

Mechanisms

Пассивный транспорт перемещает растворённые вещества по их электрохимическому градиенту: малые неполярные молекулы диффундируют непосредственно через бислой, в то время как каналы предлагают селективные водные поры, а 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 с каждой стороны, в то время как вторичные активные транспортёры сопрягают движение одного растворённого вещества против градиента с потоком ионного градиента, установленного первичным насосом.

Clinical relevance

Механизмы транспорта объясняют, как клетки получают питательные вещества, регулируют ионный баланс и запасают энергию в градиентах, обеспечивая основу для понимания возбудимости и гомеостаза. Представленная здесь информация носит описательный, а не предписывающий характер.

History

Открытие Скоу в 1957 году натрий-калиевой АТФазы выявило молекулярную основу активного транспорта; структуры ионных каналов, полученные МакКинноном в конце 1990-х годов, и работа Агре над аквапоринами позднее объяснили, как достигается селективный пассивный транспорт на атомарном уровне.

Key figures

• Jens Christian Skou
• Roderick MacKinnon
• Peter Agre

Seminal works

• skou1957
• doyle1998

Frequently asked questions

В чём разница между каналом и переносчиком?

Канал образует пору, которая позволяет выбранным растворённым веществам быстро проходить, в то время как переносчик связывает растворённое вещество и изменяет форму, чтобы высвободить его с другой стороны, что происходит медленнее.

Что обеспечивает активный транспорт?

Первичный активный транспорт обеспечивается непосредственно гидролизом АТФ, в то время как вторичный активный транспорт опосредованно обеспечивается градиентом иона, который был ранее создан насосом.