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