Aktyvioji pernaša — kas tai yra, mechanizmas ir ATP reikšmė ląstelėje

Sužinokite, kas yra aktyvioji pernaša, kaip veikia mechanizmas ir kodėl ATP būtinas ląstelėms įsisavinti jonus, gliukozę ir aminorūgštis.

Aktyvioji pernaša vyksta tada, kai molekulės juda per ląstelės membraną iš mažesnės koncentracijos į didesnę. Tam reikia energijos, dažnai adenozintrifosfato (ATP). Aktyvioji pernaša atliekama tam, kad ląstelės gautų tai, ko joms reikia, pavyzdžiui, jonus, gliukozę ir aminorūgštis.

Apskritai molekulės juda iš didesnės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį. Norint, kad molekulės patektų į ląstelę prieš koncentracijos gradientą, reikia atlikti darbą. Šį darbą atlieka specialūs baltymai, kurie veikia kaip ląstelės membranos angos. Importuojamos molekulės turi patekti per uostus: jos negali patekti per ląstelės membranos bilipidinį sluoksnį.

Mechanizmas — kaip tai vyksta

Aktyvioji pernaša vyksta per membraninius baltymus, kurie turi specifines prisijungimo vietas ir gali keisti konformaciją (erdvinę struktūrą), kad perneštų molekulę iš vienos membranos pusės į kitą. Energija reikalinga tam, kad baltymas galėtų atlikti šį konformacijos pasikeitimą ir pernešti ligandą prieš koncentracijos gradientą.

Yra dvi pagrindinės aktyviosios pernašos rūšys:

• Pirminė aktyvioji pernaša — tiesiogiai naudojama ATP hidrolizės energija. Pavyzdys: Na+/K+ ATPazė (natrio-kalio siurblys), kuri išsiurbią 3 Na+ jonus iš ląstelės ir įsūri 2 K+ jonus į ląstelę už vieną sunaudotą ATP molekulę. Tokie siurbliai palaiko membranos potencialą ir jonų koncentracijas.
• Antrinė aktyvioji pernaša (ko-transportas) — energija gaunama iš jau egzistuojančio jonų arba molekulių koncentracijos gradientu, sukurtu pirminės pernašos būdu. Jei dvi medžiagos keliauja ta pačia kryptimi — tai simportas, priešinga — antiportas. Pavyzdžiui, gliukozės įsotinimas į žarnyno epitelio ląsteles dažnai vyksta kartu su Na+ gradientu (Na+/gliukozės simporteris).

ATP reikšmė ląstelėje

ATP yra pagrindinis energijos šaltinis aktyviajai pernašai. Hidrolizuodamas ATP į ADP ir anorganinį fosfatą, transporto baltymas gauna reikalingą energiją, kad pakeistų savo formą ir perneštų molekulę per membraną. Be pakankamo ATP tiekimo aktyvioji pernaša sulėtėja arba sustoja — tai lemia sutrikimus ląstelės jonų homeostazėje ir funkcijose.

ATP gaminamas įvairiais būdais: glikolizė, citratinis ciklas ir daugiausiai — per oksidacinį fosforilinimą mitochondrijose. Esant deguonies trūkumui (anaerobinėms sąlygoms), ATP sintezė sumažėja, todėl ir aktyvioji pernaša tampa mažiau efektyvi.

Pavyzdžiai

• Na+/K+ ATPazė — palaiko elektrolitų ir vandens balansą, membranos potencialą, svarbi nervinių impulsų generavimui ir raumenų susitraukimui.
• Ca2+ ATPazė (SERCA) — išpumpuoja Ca2+ į endoplazminį tinklelį arba už ląstelės, svarbi raumenų atsipalaidavimui ir signalizacijai.
• H+/K+ ATPazė — rūgšties gamyba skrandžio parietalinių ląstelių; jos inhibitoriai naudojami nuo refliukso ligų.
• ABC transportoriai — didelė šeima transporto baltymų, kurie naudoja ATP pernašai įvairių molekulių (įskaitant vaistus) ir dalyvauja multirezistencijoje.
• CFTR — nors tai specifinis ABC šeimos narys, jis veikia kaip reguliuojamas chlorido kanalas, kurio atidarymas priklauso nuo ATP prisijungimo; CFTR mutacijos sukelia cistinę fibrozinę ligą.

Fizinės ir fiziologinės pasekmės

Aktyvioji pernaša tiesiogiai lemia:

• membranos potencialo susidarymą ir palaikymą (elektrogeniniai siurbliai),
• maistinių medžiagų įsisavinimą ir atliekų šalinimą,
• citoplazminės jonų sudėties reguliavimą, reikalingą fermentų aktyvumui ir signalizacijai,
• neuronų ir raumenų funkcijų užtikrinimą (pvz., nervinis impulsas priklauso nuo Na+ ir K+ gradientų).

Inhibitoriai, klinikinė reikšmė ir sutrikimai

Tam tikri junginiai blokuoja aktyviąją pernašą ir turi klinikinę reikšmę:

• Ouabain ir digitalis junginiai slopina Na+/K+ ATPazę — tai keičia širdies ląstelių jonų balansą ir naudojama tam tikrų širdies sutrikimų gydyme.
• Protonų siurblio inhibitoriai (pvz., omeprazolas) slopina H+/K+ ATPazę ir mažina skrandžio rūgšties gamybą.
• Genetinės mutacijos transporterių genuose gali sukelti ligas (pvz., CFTR mutacijos cistine fibroze) arba prisidėti prie vaistų rezistentiškumo (ABC transporterių perekspresija vėžinėse ląstelėse).

Santrauka

Aktyvioji pernaša yra gyvybiškai svarbus ląstelių procesas, leidžiantis perkelti molekules prieš koncentracijos gradientus naudojant energiją, dažniausiai ATP. Ji palaiko jonų pusiausvyrą, membranos potencialą, leidžia ląstelėms įsisavinti maistines medžiagas ir šalinti atliekas. Sutrikus ATP tiekimui arba pažeidus pernašos baltymus, sutrinka ląstelės funkcijos ir gali kilti klinikinės problemos.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra aktyvusis transportas?

K: Kodėl ląstelės naudoja aktyvųjį transportą?

K.: Kuriuo keliu apskritai juda molekulės?

K: Ką reikia padaryti, kad molekulės patektų į ląstelę prieš koncentracijos gradientą?

K: Kur atliekamas darbas aktyviosios pernašos metu?

Klausimas: Ar importas gali patekti per ląstelės membranos bilipidinį sluoksnį?

K: Kas dažnai yra aktyvaus pernešimo energijos šaltinis?

Paieška pagal raidę