Жасуша – планетамыздағы барлық тіршіліктің құрылымдық бірлігі және ашық жүйе. Демек, оның тіршілігі қоршаған ортамен үнемі зат пен энергия алмасуын қажет етеді. Бұл алмасу оның тұтастығын сақтауға арналған жасушаның негізгі шекарасы – мембрана арқылы жүзеге асады. Дәл мембрана арқылы жасушалық метаболизм жүзеге асырылады және ол заттың концентрация градиенті бойынша немесе оған қарсы жүреді. Цитоплазмалық мембрана арқылы белсенді тасымалдау күрделі және энергияны көп қажет ететін процесс.
Мембраналық - тосқауыл және шлюз
Цитоплазмалық мембрана көптеген жасуша органеллаларының, пластидтерінің және қосындыларының бөлігі болып табылады. Қазіргі ғылым мембрана құрылымының сұйық мозаикалық моделіне негізделген. Оның арқасында заттардың мембрана арқылы белсенді тасымалдануы мүмкінарнайы ғимарат. Мембраналардың негізін липидті қос қабат – негізінен гидрофильді-гидрофобты қасиеттеріне сәйкес орналасқан фосфолипидтер құрайды. Липидті қос қабаттың негізгі қасиеттері - өтімділік (сайттарды енгізу және жоғалту мүмкіндігі), өздігінен құрастыру және ассиметрия. Мембраналардың екінші құрамдас бөлігі - белоктар. Олардың функциялары әртүрлі: белсенді тасымалдау, қабылдау, ашыту, тану.
Белоктар мембраналардың бетінде де, ішінде де орналасады, ал кейбіреулері оған бірнеше рет енеді. Мембранадағы белоктардың қасиеті – мембрананың бір жағынан екінші жағына өту қабілеті («флип-флоп» секіру). Ал соңғы құрамдас бөлігі – мембраналар бетіндегі көмірсулардың сахаридті және полисахаридтік тізбектері. Олардың функциялары бүгін де даулы.
Заттардың мембрана арқылы белсенді тасымалдану түрлері
Заттардың бақыланатын, энергия шығындарымен жүретін және концентрация градиентіне қарсы келетін жасуша мембранасы арқылы тасымалдануы белсенді болады (заттар концентрациясы төмен аймақтан 100-ден астам аймаққа ауысады) жоғары концентрация). Қандай энергия көзіне байланысты көліктің келесі түрлері бөлінеді:
- Біріншілік белсенді (энергия көзі – аденозиндіфосфор қышқылының АТФ-ның аденозин дифосфор қышқылына АДФ гидролизі).
- Екіншілік белсенді (заттардың біріншілік белсенді тасымалдану механизмдерінің нәтижесінде пайда болатын қайталама энергиямен қамтамасыз етілген).
Белоктар-көмекшілер
Бірінші және екінші жағдайда да тасымалдаушы белоктарсыз тасымалдау мүмкін емес. Бұл тасымалдаушы ақуыздар өте ерекше және белгілі бір молекулаларды, кейде тіпті кейбір молекула түрлерін тасымалдауға арналған. Бұл мутацияланған бактериялық гендерде тәжірибе жүзінде дәлелденді, бұл белгілі бір көмірсулардың мембранасы арқылы белсенді тасымалдау мүмкін еместігіне әкелді. Трансмембраналық тасымалдаушы ақуыздар өзін-өзі тасымалдаушы (молекулалармен әрекеттесіп, оларды тікелей мембрана арқылы өткізеді) немесе арна түзуші (белгілі бір заттарға ашық мембраналарда кеуектер түзеді) болуы мүмкін.
Натрий және калий сорғы
Заттардың мембрана арқылы бастапқы белсенді тасымалдануының ең көп зерттелген мысалы - Na+ -, K+ -сорғы. Бұл механизм мембрананың екі жағындағы Na+ және K+ иондарының концентрацияларының айырмашылығын қамтамасыз етеді, бұл жасушадағы және басқа зат алмасу процестеріндегі осмостық қысымды ұстап тұру үшін қажет. Трансмембраналық тасымалдаушы ақуыз, натрий-калий АТФазасы үш бөліктен тұрады:
- Белок мембранасының сыртқы жағында калий иондарының екі рецепторы бар.
- Мембрананың ішкі жағында натрий ионының үш рецепторы бар.
- Белоктың ішкі бөлігінде ATP белсенділігі бар.
Екі калий иондары және үш натрий иондары мембрананың екі жағындағы ақуыз рецепторларымен байланысқанда, ATP белсенділігі қосылады. АТФ молекуласы калий иондарын тасымалдауға жұмсалатын энергияның бөлінуімен АДФ гидролизденеді.ішінде, ал натрий иондары цитоплазмалық мембрананың сыртында. Мұндай сорғының тиімділігі 90%-дан асады деп бағаланады, бұл өз алдына өте керемет.
Анықтама үшін: Іштен жану қозғалтқышының ПӘК-і шамамен 40%, электрлік - 80% дейін. Бір қызығы, сорғы қарама-қарсы бағытта жұмыс істей алады және ATP синтезі үшін фосфат доноры ретінде қызмет ете алады. Кейбір жасушалар үшін (мысалы, нейрондар) барлық энергияның 70% -ы натрийді жасушадан шығаруға және оған калий иондарын айдауға жұмсалады. Кальций, хлор, сутегі және кейбір басқа катиондарға арналған сорғылар (оң зарядты иондар) бірдей белсенді тасымалдау принципі бойынша жұмыс істейді. Аниондар (теріс зарядталған иондар) үшін мұндай сорғылар табылған жоқ.
Көмірсулар мен аминқышқылдарының бірге тасымалдануы
Қосымша белсенді тасымалдаудың мысалы глюкозаның, аминқышқылдарының, йодтың, темірдің және несеп қышқылының жасушаларға тасымалдануы болып табылады. Калий-натрий сорғысының жұмыс істеуі нәтижесінде натрий концентрациясының градиенті жасалады: концентрациясы сыртында жоғары, ал ішінде төмен (кейде 10-20 есе). Натрий жасушаға диффузияға бейім және бұл диффузияның энергиясын заттарды сыртқа тасымалдау үшін пайдалануға болады. Бұл механизм котасымалдау немесе біріктірілген белсенді тасымалдау деп аталады. Бұл жағдайда тасымалдаушы ақуыздың сыртында екі рецепторлық орталық болады: біреуі натрийге, екіншісі тасымалданатын элементке арналған. Екі рецептор белсендірілгеннен кейін ғана белок конформациялық өзгерістерге ұшырап, диффузиялық энергиянатрий тасымалданатын затты концентрация градиентіне қарсы жасушаға енгізеді.
Ұяшық үшін белсенді тасымалдау мәні
Егер заттардың мембрана арқылы әдеттегі диффузиясы ерікті түрде ұзақ уақытқа созылса, олардың жасуша сыртындағы және ішіндегі концентрациясы теңестіріледі. Бұл жасушалар үшін өлім. Өйткені, барлық биохимиялық процестер электрлік потенциалдар айырмасы бар ортада жүруі керек. Белсенді, концентрация градиентіне қарсы, заттардың тасымалдануы болмаса, нейрондар жүйке импульсін бере алмайды. Ал бұлшықет жасушалары жиырылу қабілетін жоғалтады. Жасуша осмостық қысымды ұстай алмай, ыдырайтын еді. Ал зат алмасу өнімдері сыртқа шығарылмайтын еді. Ал гормондар ешқашан қанға түспейді. Өйткені, тіпті амеба да бірдей иондық сорғыларды пайдаланып, энергия жұмсап, оның мембранасында потенциалдар айырмасын жасайды.
