Aktīvs masu transports

No aktīvs masu transports ir substrātu transportēšanas veids caur biomembrānu. Aktīvais transports notiek pret koncentrācijas vai lādiņa gradientu un notiek ar enerģijas patēriņu. Šis process ir traucēts mitohondriju slimībās.

Kas ir aktīvais masu transports?

Fosfolipīdi un divslāņu biomembrānas cilvēka ķermenī atdala atsevišķus šūnu nodalījumus viens no otra. Pateicoties membrānas komponentiem, dažādas biomembrānas uzņemas aktīvu lomu selektīvā vielu pārvadāšanā. Kā atdalošs slānis starp vairākiem apgabaliem, biomembrāna pēc būtības ir necaurlaidīga lielākajai daļai visu molekulu. Tikai lipofīlie, mazāki un hidrofobie molekuli brīvi izkliedējas caur lipīdu divslāņu slāni. Šis koordinētās membrānas caurlaidības veids ir pazīstams arī kā selektīvā caurlaidība.

Izkliedējamās molekulas ietver, piemēram, gāzes, spirta un urīnvielas molekulas.Joni un citas bioloģiski aktīvās vielas lielākoties ir hidrofīlas, un tās aiztur biomembrānas barjera. Biomembrānā ir transporta proteīni, lai joni, ūdens un lielākas daļiņas, piemēram, cukurs, varētu izkliedēties. Jūs aktīvi iesaistāties vielu pārvadāšanā. Transportēšanu caur biomembrānu sauc arī par membrānas transportu vai membrānas plūsmu, ja pati membrāna mainās.

Biomembrānas un to selektīvā caurlaidība uztur īpašu šūnu vidi šūnas iekšienē, kas veicina iekšējos funkcionālos procesus. Šūna un tās nodalījumi sazinās ar apkārtējo vidi un veic selektīvu vielu un daļiņu apmaiņu. Mehānismi, piemēram, aktīvās vielas transportēšana, uz šī pamata ļauj selektīvi iziet cauri membrānām. Aktīvās vielas transports jānošķir no pasīvās vielas pārvadāšanas un no membrānu pārvietojošās vielas pārvadāšanas.

Funkcija un uzdevums

Vielu transportēšana caur biomembrānu notiek aktīvi vai pasīvi. Ar pasīvo transportu molekulas iet caur membrānu noteiktas koncentrācijas vai potenciālā gradienta virzienā, neizmantojot enerģiju. Tāpēc pasīvais transports ir īpaša difūzijas forma. Tādā veidā vēl lielākas molekulas nonāk membrānas otrā pusē ar membrānas transporta olbaltumvielu palīdzību.

Turpretī aktīvais transports ir transporta process, kurā enerģija tiek izmantota pret biosistēmas gradientu. Dažādas molekulas var selektīvi transportēt caur membrānu pret ķīmiskās koncentrācijas gradientu vai elektriskā potenciāla gradientu. Tas ir īpaši svarīgi uzlādētām daļiņām. Papildus uzlādes aspektiem koncentrācijas aspekti ir svarīgi arī viņu enerģijas bilancei. Entropijas samazināšanās slēgtā sistēmā noved pie koncentrācijas gradienta palielināšanās. Šīs attiecības spēlē tikpat svarīgu lomu enerģijas bilancē kā lādiņa transportēšana pret elektrisko lauku vai miera membrānas potenciālu.

Lai arī tas ir jautājums par lādiņu vai enerģijas bilanci sistēmā, daļiņu koncentrācija un tās izmaiņas ir jāapsver atsevišķi selektīvi caurlaidīgās biomembrānas dēļ. Enerģija aktīvai transportēšanai ir pieejama, no vienas puses, kā ķīmiski saistoša enerģija, piemēram, ATP hidrolīzes veidā. No otras puses, lādiņa gradienta samazināšana var kalpot par virzošo spēku un tādējādi radīt elektrisko enerģiju. Trešā energoapgādes iespēja rodas, palielinoties attiecīgajā sakaru sistēmā esošajai entropijai un tādējādi samazinot citu koncentrācijas gradientu. Transportēšanu pret elektrisko gradientu sauc par elektrogēnu. Atkarībā no enerģijas avota un darba veida tiek nodalīts primārais, sekundārais un trešais aktīvais transports. Grupu pārvietošana ir īpaša aktīvā transporta forma.

Galvenokārt aktīvā transportēšana notiek, kad tiek patērēts ATP, ar kuras palīdzību šūnas neorganiskos jonus un protonus transportē ATPāzes caur biomembrānu. Jonu, piemēram, ar jonu sūkņa palīdzību sūknē no zemāk koncentrētās uz augstāko koncentrēto pusi.

Nātrija-kālija pumpis ir primārais šī procesa pielietojums cilvēka ķermenī. Patērējot ATP, tas šūnā izsūknē pozitīvi lādētus nātrija jonus un vienlaikus pozitīvi lādētus kālija jonus. Tādā veidā neironu atpūtas potenciāls paliek nemainīgs, un darbības potenciālus var ģenerēt un nodot tālāk.

Ar sekundāro aktīvo transportu daļiņas tiek transportētas gar elektroķīmisko gradientu. Gradienta potenciālā enerģija tiek izmantota kā piedziņa, lai transportētu otru pamatni tajā pašā virzienā pret elektrisko gradientu vai koncentrācijas gradientu. Šim aktīvajam transportam ir nozīme jo īpaši nātrija un glikozes līdzsvara saglabāšanai tievajās zarnās. Ja otro substrātu transportē pretējā virzienā, var notikt arī aktīva sekundārā masas transportēšana, piemēram, nātrija-kalcija antiporta gadījumā, izmantojot nātrija-kalcija apmaiņu.

Terciārajā aktīvajā transportā tiek izmantots koncentrācijas gradients, ko nosaka sekundārais aktīvais transports, kura pamatā ir galvenokārt aktīvais transports. Šim transporta veidam galvenokārt ir nozīme di- un tripeptīdu transportēšanā tievajās zarnās, ko veic peptīdu transportētājs 1. Grupas translokācija transportē monosaharīdus vai cukura spirtus kā īpašu aktīvās vielas transportēšanas veidu un, transportējot fosforilē, ķīmiski maina transporta vielas. Fosfenolpiruvīnskābes fosfotransferāžu sistēma ir vissvarīgākais šī transporta veida piemērs.

Slimības un kaites

Enerģijas metabolismam, kā arī īpašiem transportējošiem fermentiem un transportētājproteīniem ir nozīme aktīvā vielu pārvadāšanā. Ja mutācijas vai ģenētiskā materiāla transkripcijas kļūdu dēļ attiecīgo transportētāju olbaltumvielu vai fermentu nav sākotnēji fizioloģiski plānotajā formā, vielu aktīvā transportēšana ir tikai grūtāka vai ārkārtējos gadījumos tā vairs nav iespējama.

Piemēram, ar šo parādību ir saistītas dažas tievās zarnas slimības. Arī slimībām ar traucētu ATP piegādi var būt postoša ietekme uz aktīvo vielu transportēšanu un izraisīt dažādu orgānu funkcionālos traucējumus. Tikai dažos šādu slimību gadījumos tiek ietekmēts tikai viens orgāns. Enerģijas metabolisma traucējumi lielākoties ir vairāku orgānu slimības, kurām bieži ir ģenētiska bāze.

Piemēram, visās mitohondriju slimībās tiek ietekmēta enzīmu sistēma, kas ir iesaistīta enerģijas ražošanā, izmantojot oksidatīvo fosforilēšanu. Šie traucējumi jo īpaši ietver ATP sintāzes traucējumus. Šis ferments ir viens no vissvarīgākajiem transmembranālajiem proteīniem un, piemēram, parādās kā transporta enzīms protonu sūknī. Fermenta galvenais uzdevums ir katalizēt ATP sintāzi. Lai nodrošinātu enerģiju, ATP sintāze saista enerģētiski labvēlīgo protonu transportu ar ATP veidošanos gar protonu gradientu. Tas padara ATP sintāzi par vienu no vissvarīgākajiem enerģijas pārveidotājiem cilvēka ķermenī un var pārveidot vienu enerģijas veidu citos enerģijas veidos. Mitohondriālās slimības ir mitohondriju metabolisma procesu darbības traucējumi un noved pie ķermeņa darbības samazināšanās samazinātas ATP sintēzes dēļ.