Բջջը մեր մոլորակի ողջ կյանքի կառուցվածքային միավորն է և բաց համակարգ: Սա նշանակում է, որ նրա կյանքը պահանջում է նյութի և էներգիայի մշտական փոխանակում շրջակա միջավայրի հետ: Այս փոխանակումն իրականացվում է մեմբրանի միջոցով՝ բջջի հիմնական սահմանը, որը նախատեսված է նրա ամբողջականությունը պահպանելու համար: Հենց մեմբրանի միջոցով է իրականացվում բջջային նյութափոխանակությունը և այն ընթանում է կամ նյութի կոնցենտրացիայի գրադիենտով, կամ հակառակ: Ակտիվ փոխադրումը ցիտոպլազմային թաղանթով բարդ և էներգիա պահանջող գործընթաց է:
Մեմբրան - արգելք և դարպաս
Ցիտոպլազմիկ թաղանթը շատ բջջային օրգանելների, պլաստիդների և ներդիրների մասն է: Ժամանակակից գիտությունը հիմնված է թաղանթային կառուցվածքի հեղուկ խճանկարային մոդելի վրա։ Դրա շնորհիվ հնարավոր է նյութերի ակտիվ տեղափոխում մեմբրանի միջովկոնկրետ շենք. Մեմբրանների հիմքը ձևավորվում է լիպիդային երկշերտով՝ հիմնականում ֆոսֆոլիպիդներով, որոնք դասավորված են իրենց հիդրոֆիլ-հիդրոֆոբ հատկություններին համապատասխան: Լիպիդային երկշերտի հիմնական հատկություններն են՝ հոսունությունը (տեղամասերը ներդնելու և կորցնելու ունակությունը), ինքնահավաքումը և անհամաչափությունը։ Մեմբրանների երկրորդ բաղադրիչը սպիտակուցներն են: Նրանց գործառույթները բազմազան են՝ ակտիվ տեղափոխում, ընդունում, խմորում, ճանաչում։
Սպիտակուցները գտնվում են ինչպես թաղանթների մակերեսին, այնպես էլ ներսում, իսկ որոշները մի քանի անգամ թափանցում են այնտեղ։ Մեմբրանի սպիտակուցների հատկությունը մեմբրանի մի կողմից մյուս կողմը շարժվելու ունակությունն է («ֆլիպ-ֆլոպ» ցատկ): Իսկ վերջին բաղադրիչը ածխաջրերի սախարիդային և պոլիսախարիդային շղթաներն են թաղանթների մակերեսին։ Նրանց գործառույթներն այսօր էլ վիճելի են։
Նյութերի ակտիվ տեղափոխման տեսակները թաղանթով
Ակտիվ կլինի այնպիսի նյութերի փոխանցումը բջջային թաղանթով, որը վերահսկվում է, տեղի է ունենում էներգիայի ծախսերով և հակասում է կոնցենտրացիայի գրադիենտին (նյութերը տեղափոխվում են ցածր կոնցենտրացիայի տարածքից դեպի տարածք. բարձր կոնցենտրացիան): Կախված նրանից, թե էներգիայի ինչ աղբյուր է օգտագործվում, առանձնանում են տրանսպորտի հետևյալ տեսակները՝
- Առաջնային ակտիվ (էներգիայի աղբյուր - ադենոզինտրիֆոսֆորաթթվի ATP-ի հիդրոլիզը մինչև ադենոզինդիֆոսֆորաթթվի ADP):
- Երկրորդային ակտիվ (ապահովված է նյութերի առաջնային ակտիվ տեղափոխման մեխանիզմների արդյունքում ստեղծված երկրորդային էներգիայով).
Սպիտակուցներ-օգնականներ
Եվ առաջին և երկրորդ դեպքում տրանսպորտն անհնար է առանց կրող սպիտակուցների: Այս տրանսպորտային սպիտակուցները շատ հատուկ են և նախատեսված են որոշակի մոլեկուլներ, իսկ երբեմն նույնիսկ որոշակի տեսակի մոլեկուլներ կրելու համար: Սա փորձնականորեն ապացուցվեց մուտացված բակտերիաների գեների վրա, ինչը հանգեցրեց որոշակի ածխաջրերի մեմբրանի միջոցով ակտիվ տեղափոխման անհնարինությանը: Տրանսմեմբրանային փոխադրող սպիտակուցները կարող են լինել ինքնուրույն փոխադրողներ (նրանք փոխազդում են մոլեկուլների հետ և դրանք ուղղակիորեն տեղափոխում են թաղանթով) կամ ալիք ձևավորող (մեմբրաններում ծակոտիներ ձևավորում, որոնք բաց են հատուկ նյութերի համար):
Նատրիումի և կալիումի պոմպ
Թաղանթով նյութերի առաջնային ակտիվ տեղափոխման առավել ուսումնասիրված օրինակը Na+ -, K+ - պոմպն է: Այս մեխանիզմը ապահովում է մեմբրանի երկու կողմերում Na+ և K+ իոնների կոնցենտրացիաների տարբերությունը, որն անհրաժեշտ է բջջում օսմոտիկ ճնշումը և այլ նյութափոխանակության գործընթացները պահպանելու համար։ Տրանսմեմբրանային փոխադրող սպիտակուցը՝ նատրիում-կալիումական ATPase, բաղկացած է երեք մասից՝
- Սպիտակուցային թաղանթի արտաքին կողմում կա կալիումի իոնների երկու ընկալիչ:
- Մեմբրանի ներքին մասում կան երեք նատրիումի իոնային ընկալիչներ:
- Սպիտակուցի ներքին մասը ունի ATP ակտիվություն:
Երբ կալիումի երկու իոն և երեք նատրիումի իոն կապվում են մեմբրանի երկու կողմերում գտնվող սպիտակուցային ընկալիչների հետ, ATP-ի ակտիվությունը միացված է: ATP-ի մոլեկուլը հիդրոլիզվում է ADP-ին՝ էներգիայի արտազատմամբ, որը ծախսվում է կալիումի իոնների տեղափոխման վրա։ներսում, իսկ նատրիումի իոնները ցիտոպլազմային թաղանթից դուրս: Ենթադրվում է, որ նման պոմպի արդյունավետությունը 90%-ից ավելի է, ինչն ինքնին բավականին զարմանալի է։
Հղման համար՝ ներքին այրման շարժիչի արդյունավետությունը մոտ 40% է, էլեկտրականը՝ մինչև 80%։ Հետաքրքիր է, որ պոմպը կարող է աշխատել նաև հակառակ ուղղությամբ և ծառայել որպես ֆոսֆատ դոնոր ATP սինթեզի համար: Որոշ բջիջների համար (օրինակ՝ նեյրոնները) ամբողջ էներգիայի մինչև 70%-ը ծախսվում է բջջից նատրիումի հեռացման և կալիումի իոնները դրա մեջ մղելու վրա։ Կալցիումի, քլորի, ջրածնի և որոշ այլ կատիոնների (դրական լիցք ունեցող իոններ) պոմպերն աշխատում են ակտիվ տրանսպորտի նույն սկզբունքով։ Անիոնների (բացասական լիցքավորված իոնների) համար նման պոմպեր չեն հայտնաբերվել։
Ածխաջրերի և ամինաթթուների համատեղ փոխադրում
Երկրորդային ակտիվ տրանսպորտի օրինակ է գլյուկոզայի, ամինաթթուների, յոդի, երկաթի և միզաթթվի տեղափոխումը բջիջներ: Կալիում-նատրիումային պոմպի աշխատանքի արդյունքում ստեղծվում է նատրիումի կոնցենտրացիաների գրադիենտ՝ դրսում կոնցենտրացիան բարձր է, իսկ ներսում՝ ցածր (երբեմն՝ 10-20 անգամ)։ Նատրիումը հակված է ցրվել դեպի բջիջ, և այդ դիֆուզիայի էներգիան կարող է օգտագործվել նյութերը դուրս տեղափոխելու համար: Այս մեխանիզմը կոչվում է համատրանսպորտային կամ զուգակցված ակտիվ տրանսպորտ: Այս դեպքում կրող սպիտակուցը դրսից ունի երկու ընկալիչ կենտրոն՝ մեկը նատրիումի, իսկ մյուսը՝ տեղափոխվող տարրի համար: Միայն երկու ընկալիչների ակտիվացումից հետո սպիտակուցը ենթարկվում է կոնֆորմացիոն փոփոխությունների և դիֆուզիոն էներգիայինատրիումը փոխադրվող նյութը ներմուծում է բջիջ՝ ընդդեմ կոնցենտրացիայի գրադիենտի:
Ակտիվ տրանսպորտի արժեքը բջջի համար
Եթե նյութերի սովորական դիֆուզիան մեմբրանի միջով շարունակվի կամայականորեն երկար ժամանակ, ապա դրանց կոնցենտրացիաները բջջի ներսում և դրսում կհավասարվեն: Եվ սա մահ է բջիջների համար: Ի վերջո, բոլոր կենսաքիմիական գործընթացները պետք է ընթանան էլեկտրական պոտենցիալների տարբերության միջավայրում: Առանց ակտիվ, կոնցենտրացիայի գրադիենտի, նյութերի տեղափոխման, նեյրոնները չեն կարողանա փոխանցել նյարդային իմպուլսը: Իսկ մկանային բջիջները կկորցնեն կծկվելու ունակությունը։ Բջիջը չէր կարողանա պահպանել օսմոտիկ ճնշումը և կփլուզվեր։ Իսկ նյութափոխանակության արտադրանքը դուրս չէին բերի։ Եվ հորմոնները երբեք չեն մտնի արյան մեջ: Ի վերջո, նույնիսկ ամեոբան էներգիա է ծախսում և պոտենցիալ տարբերություն է ստեղծում իր թաղանթի վրա՝ օգտագործելով նույն իոնային պոմպերը։
