Hücre, gezegenimizdeki tüm yaşamın yapısal bir birimi ve açık bir sistemdir. Bu, yaşamının çevre ile sürekli bir madde ve enerji alışverişi gerektirdiği anlamına gelir. Bu değişim, bütünlüğünü korumak için tasarlanmış hücrenin ana sınırı olan zar yoluyla gerçekleştirilir. Hücresel metabolizmanın gerçekleştirildiği zardan geçer ve ya bir maddenin konsantrasyon gradyanı boyunca ya da ona karşı gider. Sitoplazmik zar boyunca aktif taşıma, karmaşık ve enerji yoğun bir süreçtir.
Membran - bariyer ve ağ geçidi
Sitoplazmik zar birçok hücre organelinin, plastidin ve kapanımların bir parçasıdır. Modern bilim, membran yapısının akışkan mozaik modeline dayanmaktadır. Maddelerin membran boyunca aktif taşınması, özelliği sayesinde mümkündür.özel bina. Membranların temeli, bir lipid çift tabakasından oluşur - esas olarak hidrofilik-hidrofobik özelliklerine göre düzenlenmiş fosfolipitler. Lipid çift tabakasının ana özellikleri akışkanlık (yerleri gömme ve kaybetme yeteneği), kendi kendine toplanma ve asimetridir. Zarların ikinci bileşeni proteinlerdir. İşlevleri çeşitlidir: aktif taşıma, alım, fermantasyon, tanıma.
Proteinler hem zarın yüzeyinde hem de içinde bulunur ve bazıları birkaç kez nüfuz eder. Bir zardaki proteinlerin özelliği, zarın bir tarafından diğerine hareket etme yeteneğidir ("flip-flop" atlama). Ve son bileşen, zarların yüzeyindeki karbonhidratların sakarit ve polisakarit zincirleridir. İşlevleri bugün hala tartışmalıdır.
Zar boyunca maddelerin aktif taşıma türleri
Aktif, kontrol edilen, enerji maliyetleri ile meydana gelen ve konsantrasyon gradyanına aykırı olan hücre zarı yoluyla maddelerin böyle bir transferi olacaktır (maddeler düşük konsantrasyonlu bir alandan bir alana aktarılır) yüksek konsantrasyon). Hangi enerji kaynağının kullanıldığına bağlı olarak, aşağıdaki ulaşım türleri ayırt edilir:
- Birincil aktif (enerji kaynağı - adenosin trifosforik asit ATP'nin adenosin difosforik asit ADP'ye hidrolizi).
- İkincil aktif (maddelerin birincil aktif taşıma mekanizmalarının bir sonucu olarak oluşturulan ikincil enerji ile sağlanır).
Proteinler-asistanlar
Hem birinci hem de ikinci durumda, taşıyıcı proteinler olmadan taşıma imkansızdır. Bu taşıma proteinleri çok spesifiktir ve belirli molekülleri ve hatta bazen belirli molekül türlerini taşımak üzere tasarlanmıştır. Bu, belirli bir karbonhidratın zarı boyunca aktif taşımanın imkansızlığına yol açan mutasyona uğramış bakteri genleri üzerinde deneysel olarak kanıtlandı. Transmembran taşıyıcı proteinler, kendi kendine taşıyıcı (moleküllerle etkileşime girerler ve onları doğrudan zar boyunca taşırlar) veya kanal oluşturucu (zarlarda belirli maddelere açık olan gözenekler oluştururlar) olabilir.
Sodyum ve potasyum pompası
Maddelerin zar boyunca birincil aktif taşınmasının en çok çalışılan örneği Na+ -, K+ -pompasıdır. Bu mekanizma, hücre ve diğer metabolik süreçlerde ozmotik basıncı korumak için gerekli olan zarın her iki tarafındaki Na+ ve K+ iyonlarının konsantrasyonlarındaki farkı sağlar. Transmembran taşıyıcı protein, sodyum-potasyum ATPaz, üç kısımdan oluşur:
- Protein zarının dış tarafında potasyum iyonları için iki reseptör vardır.
- Zarın içinde üç sodyum iyonu reseptörü vardır.
- Proteinin iç kısmı ATP aktivitesine sahiptir.
İki potasyum iyonu ve üç sodyum iyonu zarın her iki tarafındaki protein reseptörlerine bağlandığında, ATP aktivitesi açılır. ATP molekülü, potasyum iyonlarının taşınması için harcanan enerjinin serbest bırakılmasıyla ADP'ye hidrolize edilir.içeride ve sitoplazmik zarın dışında sodyum iyonları. Böyle bir pompanın verimliliğinin %90'dan fazla olduğu tahmin edilmektedir ki bu kendi içinde oldukça şaşırtıcıdır.
Referans için: Bir içten yanmalı motorun verimliliği yaklaşık %40, elektriktir - %80'e kadar. İlginç bir şekilde, pompa ters yönde de çalışabilir ve ATP sentezi için bir fosfat donörü görevi görebilir. Bazı hücreler için (örneğin, nöronlar), tüm enerjinin %70'e kadarı, hücreden sodyumun çıkarılması ve içine potasyum iyonlarının pompalanması için harcanır. Kalsiyum, klor, hidrojen ve diğer bazı katyonlar (pozitif yüklü iyonlar) için pompalar aynı aktif taşıma prensibiyle çalışır. Anyonlar (negatif yüklü iyonlar) için böyle bir pompa bulunamadı.
Karbonhidrat ve amino asitlerin birlikte taşınması
İkincil aktif taşımanın bir örneği, glikoz, amino asitler, iyot, demir ve ürik asidin hücrelere aktarılmasıdır. Potasyum-sodyum pompasının çalışmasının bir sonucu olarak, bir sodyum konsantrasyonu gradyanı oluşur: konsantrasyon dışarıda yüksek ve içeride düşüktür (bazen 10-20 kez). Sodyum hücre içine yayılma eğilimindedir ve bu difüzyonun enerjisi maddeleri dışarı taşımak için kullanılabilir. Bu mekanizmaya birlikte taşıma veya birleştirilmiş aktif taşıma denir. Bu durumda, taşıyıcı proteinin dışında iki reseptör merkezi vardır: biri sodyum ve diğeri taşınan element için. Ancak her iki reseptörün aktivasyonundan sonra, protein konformasyonel değişikliklere uğrar ve difüzyon enerjisisodyum, taşınan maddeyi konsantrasyon gradyanına karşı hücreye sokar.
Hücre için aktif taşımanın değeri
Maddelerin zardan olağan difüzyonu keyfi olarak uzun bir süre devam ederse, hücre içindeki ve dışındaki konsantrasyonları eşitlenir. Ve bu hücreler için ölümdür. Sonuçta, tüm biyokimyasal süreçler, elektriksel potansiyel farkı olan bir ortamda ilerlemek zorundadır. Aktif olmadan, bir konsantrasyon gradyanına karşı, maddelerin taşınması, nöronlar bir sinir impulsunu iletemezdi. Ve kas hücreleri kasılma yeteneğini kaybederdi. Hücre ozmotik basıncı koruyamayacak ve çökecektir. Ve metabolizma ürünleri dışarı çıkarılmayacaktı. Ve hormonlar asla kan dolaşımına girmez. Sonuçta bir amip bile aynı iyon pompalarını kullanarak enerji harcar ve zarında potansiyel bir fark yaratır.
