Marcin Morawski 

31BSL B

Transporty bierny i transport 

aktywny jonów sodu i potasu 

przez błony biologiczne

Budowa błony biologicznej

Cechy charakterystyczne błony komórkowej 
można odnieść do większości błon 
biologicznych. Do najistotniejszych należałoby 
zaliczyć:



wysoką przepuszczalnością dla wody; 



związki niejonowe przechodzą przez nią tym lepiej im 
łatwiej są rozpuszczalne w tłuszczach; 



opór elektryczny jest duży, ma to istotne znaczenie dla 
przewodnictwa elektrycznego bodźców; 



żywa błona komórkowa jest spolaryzowana, szczególnie 
dobrze jest to widoczne w komórkach zwierzęcych 
ponieważ nie posiadają ściany komórkowej; 



wyizolowane błony ulegają lizie (rozkładowi) w obecności 
enzymów lipolitycznych i proteolitycznych (rozkładają 
białka). 

Jony K+ mogą dosyć swobodnie 
przechodzić przez błonę. Ponadto ich 
stężenie wewnątrz komórki jest większe 
niż na zewnątrz:

Transport bierny

Pod 

wpływem 

różnicy 

stężeń 

(potencjałów 

chemicznych) 

jonów 

potasu następuje ich wypływ z komórki. 
Konsekwencją  wypływu  jest  ładowanie 
środowiska  zewnętrznego  ładunkiem 
dodatnim,  co  jest  przyczyną  kolejnego 
bodźca 

− 

różnicy 

potencjałów 

elektrycznych  −  wywołującej  przepływ 
K+w przeciwnym kierunku.

Wypływający  z  komórki 
strumień  K+  stopniowo 
maleje  (maleje  różnica 
stężeń) 

strumień 

K+ 

wpływający  do  komórki 
stopniowo 

narasta 

(rośnie 

różnica 

potencjałów). 

Po 

pewnym 

czasie 

strumienie 

K+ 

wypływający  z  komórki  i 
wpływający  do  niej  stają 
się równe.

Od 

tego 

momentu 

wartość 

różnicy 

potencjałów nie ulega już dalszej zmianie. Tę 
różnicę  potencjałów  nazywamy  potencjałem 
równowagi dla jonów potasowych.

Wyraża się on wzorem Nernsta:

  Potasowy  potencjał 
równowagowy 

jest 

bardziej 

ujemny 

niż 

obserwowany  potencjał 
spoczynkowy. 

Różnica 

ta 

wywołana 

jest 

biernym napływem Na+ 
do  wnętrza  komórki. 
Jony  sodu  napływają  do 
wnętrza  komórki  mimo 
małej 

dla 

nich 

przepuszczalności 
błony 

 

w 

stanie 

spoczynku.

Bierny transport jonów Na

+

Napływowi  Na+  do  wnętrza  komórki 
sprzyja zarówno gradient ich stężenia jak 
i  różnica  potencjałów  elektrycznych  w 
błonie.

Stężenie jonów Na+ wewnątrz komórki 

jest mniejsze niż na zewnątrz:

Istnienie  ciągłego  napływu  sodu  do  wnętrz 
a komórki oraz wypływu potasu prowadzi do 
niestabilności potencjału spoczynkowego.

Rośnie  ciśnienie  osmotyczne  wewnątrz 
komórki.  Wywołuje  to  napływ  wody  do 
wnętrza,  co  powoduje  kolejny  spadek 
stężenia  jonów  potasowych.  W  końcu 
prowadzi to do pękania (lizy) komórki.

Procesy  takie  nie  zachodzą  w  normalnych 
(fizjologicznych) 

warunkach. 

Jednak 

w 

skrajnej 

anoksii 

i/lub 

przy 

skrajnych 

niedostatkach 

energetycznych 

taki 

scenariusz będzie miał miejsce. 

Wskazuje  to,  że  komórka  nie  znajduje  się  w 
stanie 

równowagi, 

a 

stężenie 

jonów 

sodowych  dalekie  jest  od  stanu  równowagi. 
Istniejący  w  komórce  i  otoczeniu  rozkład 
stężeń  jonów  sodowych  i  potasowych  jest 
wynikiem  transportu:  biernego,  biernego 
ułatwionego oraz aktywnego.

Transportem 

aktywnym 

danej 

substancji 

nazywamy  transport  zachodzący    w  kierunku 
przeciwnym niż ich bierny, samoistny przepływ, 
wymaga  zatem  nakładu  energii.  Zachodzi  on  z 
udziałem 

wyspecjalizowanych 

struktur 

błonowych  (białek  integralnych)  sprzęgających 
transport z procesem uwalniania energii. 

Źródłem  energii  często  jest  hydroliza  ATP  i 
dlatego  białka  biorące  udział  w  tym  procesie 
traktowane 

są 

jako 

enzymy 

posiadające 

własności ATPazy.

Transport aktywny

Transport  aktywny  odbywa  się  wbrew 
różnicy  stężeń  danej  substancji  (w 
stronę większego stężenia) stąd białka 
biorące  udział  w  tym  transporcie 
często nazywane są „pompami”.

Dobrze 

poznanym 

przykładem 

jest 

pompa 

sodowo−potasowa (Na+/K+ATPaza).

Transportuje  ona  Na+  z  wnętrza  komórki  na 
zewnątrz,  jednocześnie  przenosząc  K+  w  kierunku 
przeciwnym  (antyport).  Hydroliza  jednej  cząsteczki 
ATP  dostarcza  energii  koniecznej  do  transportu 
trzech 

Na+ 

i 

dwóch 

K+. 

Działanie 

pompy 

sodowo−potasowej  ma  olbrzymie  znaczenie  dla 
utrzymania  stałości  stężeń  tych  jonów,  zwłaszcza  w 
komórkach  pobudliwych.  Bierny  transport  jonów 
zachodzący zarówno podczas spoczynku komórki, jak 
i  w  czasie  trwania  potencjału  czynnościowego  po 
pewnym  czasie  prowadziłby  do  wyrównania  stężeń 
jonów  sodu  i  potasu  wewnątrz  i  na  zewnątrz 
komórki.

Pompa 

sodowo−potasowa 

(Na+/K+  ATPaza)  to  ważny 
enzym 

uczestniczący 

w 

aktywnym 

transporcie 

kationów 

sodu 

(Na+) 

i 

potasu 

(K+). 

Ma 

on 

podstawowe  znaczenie  dla 
wszystkich  żywych  komórek, 
utrzymując 

potencjał 

błonowy i objętość komórki. 

Za badania nad tą cząsteczką 
Jens 

C. 

Skou 

otrzymał 

nagrodę  Nobla  z  chemii  w 
1997 r.

Stan zdefosforylowany. Centrum wiążące Na+ eksponowane jest 
do wnętrza komórki. Przyłączenie Na+ zmienia konformację 
enzymu umożliwiając jego fosforylację.

Hipotetyczny schemat 

działania pompy jonowej.

Fosforylacja 

wywołuje 

przemieszczenie 

centrum  wiążącego Na+  na zewnętrzną stronę 
błony  oraz  zwiększa  podatność  centrum 
wiążącego K+.

Przyłączenie  K+  wywołuje  defosforylację  enzymu  i 
powrót do wyjściowej konformacji. Towarzyszy temu 
przeniesienie  K+  do  wnętrza  komórki,  zmiana 
powinowactwa  centrów  wiążących  K+  i  Na+. 
Uwolnienie potasu i wiązanie sodu.

Cykl enzymatyczny trwa ok. 10 ms. 
Pojedyncza ATP-aza kosztem hydrolizy 
jednej cząsteczki ATP transportuje, przy 
maksymalnej prędkości 100 obrotów na s, 
w ciągu sekundy 300 Na+ i 200 K+.

Działanie pompy wymaga:



stałego dopływu glukozy i tlenu,



stałej resyntezy ATP,



zachowania temperatura ok. 37ºC,



odprowadzania CO2,



 odpowiedniego stężenia jonów Mg²+,



 odpowiedniego stężenia jonów Na+ i K+.



http://biofizyka.ump.edu.pl



http://zbiof.sggw.pl/



www.biofiz.am.wroc.pl

Bibliografia