PYTANIE NR 33 .

TRANSPORT BIERNY I TRANSPORT AKTYWNY JONÓW SODU I POTASU PRZEZ BŁONY BIOLOGICZNE

I.RODZAJE TRANSPORTU PRZEZ BŁONĘ KOMÓRKOWĄ

1. Bierny (pasywny) inaczej dyfuzja prosta zgodne z gradientem stężeń:
   - zachodzi dzięki różnicy stężeń transportowanej substancji po obu stronach błony, nie wymaga nakładu energii, zachodzi w dwuwarstwie lipidowej błony.

2. Bierny wspomagany - dyfuzja wspomagana zgodnie z gradientem stężeń:
   - zachodzi przez białkowe kanały błonowe, które są swoiste dla pewnych jonów, komórka otwiera kanały w zależności od potrzeb. Zachodzi za pośrednictwem białek przenośnikowych, które łączą się z transportowaną cząsteczką po jednej stronie błony przenoszą ją na drugą stronę, uwalniają ją i wracają do swego pierwotnego stanu.

3. Aktywny inaczej czynny zachodzi wbrew gradientom stężeń:
   - wymaga dostarczenia energii z hydrolizy ATP niezbędne są białkowe przenośniki.
   

II . TRANSPORT BIERNY

1.Definicja

Transport bierny- transport danego składnika nie wymagający nakładu energii (odbywa się on na skutek np. różnicy stężeń). Najmniej skomplikowanym przypadkiem transportu biernego jest dyfuzja prosta, opisywana równaniem Ficka. Wynika z niego, że wielkość strumienia dyfuzyjnego danej substancji jest proporcjonalna do różnicy stężeń tej substancji w poprzek błony. Zjawisko dyfuzji polega na przemieszczaniu się cząsteczek z obszaru o wyższej ich koncentracji (ilości cząsteczek przypadającej na jednostkę objętości) do obszaru o niższej koncentracji. Proces ten prowadzi do wyrównywania koncentracji (w roztworach - stężeń) cząsteczek. Przyczyną występowania dyfuzji jest chaotyczny, termiczny ruch cząsteczek. Jeśli w danym obszarze znajduje się więcej cząsteczek aniżeli w jego otoczeniu, to przy chaotycznym ruchu większa ich ilość opuszcza ten obszar aniżeli do niego wchodzi.

2.Bierny transport jonów potasu

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

3.Bierny transport jonów Na+

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. 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.

4.Typem błonowego transportu biernego jest też dyfuzja ułatwiona (nośnikowa). W tym przypadku cząsteczki transportowanej substancji przenikają przez błonę po utworzeniu kompleksu z nośnikiem. Rola nośnika polega na ogół na umożliwieniu przenikania danej cząsteczki przez błonę - klasycznym przykładem jest tu walinomycyna, która tworzy hydrofobową otoczkę wokół jonów potasu i umożliwia w ten sposób ich przechodzenie przez hydrofobowe wnętrze błony. Transport nośnikowy może być związany z ruchem kompleksów cząsteczka-nośnik w poprzek błony, ale możliwa jest także sytuacja w której nośnik wiąże substancję transportowaną po jednej stronie błony, zmienia konformację i następnie uwalnia przeniesione cząsteczki po drugiej stronie błony. Choć pojedyncze cząsteczki transportowane są dzięki nośnikowi szybciej niż bez niego, to jednak wielkość całkowitego strumienia jest ograniczona przez liczbę cząsteczek nośnika. Z tego powodu przy dużych różnicach stężeń strumień substancji przestaje zależeć od gradientu stężenia i utrzymuje się na stałym poziomie (ulega nasyceniu).

Transportowane w ten sposób są: polarne lub naładowane cząsteczki, jony np., kanały dla jonów sodu i potasu w błonie komórek nerwowych

III.TRANSPORT AKTYWNY

1.Definicja

Transport aktywny - rodzaj przenikania związków chemicznych przez błonę przy pomocy białek transportujących. Białko to musi wykonać pracę i pokonać różnicę stężeń przez sprzężenie przenoszenia cząsteczek, które dostarczą energię. Transport aktywny jonów zachodzi wbrew ich gradientowi elektrochemicznemu.

Istnieją trzy główne drogi , którymi komórki prowadzą transport aktywny :

- nośniki sprzęgają transport przez błonę jednej cząsteczki ,zachodzący wbrew gradientowi , z transportem innej, zgodnym z gradientem;

Wyróżniamy następujące rodzaje transportu przez nośniki:

• Symport - jeśli nośnik przemieszcza przez błonę obie substancje w tym samym kierunku

• Antysport - jeśli przemieszcza w kierunku przeciwnym

• Uniport - transport przez błonę tylko jednego rodzaju substancji

- pompy napędzane przez ATP sprzęgają transport wbrew gradientowi z hydrolizą ATP ;

- pompy napędzane światłem sprzęgają transport wbrew gradientowi z wykorzystaniem energii światła

2. Pompa sodowo- potasowa

Energię potrzebną do wypompowania Na⁺ z komórki pompa Na⁺ w komórkach zwierząt czerpie z hydrolizy ATP do ADP , przez co jest nie tylko białkiem transportującym , ale również enzymem ATPazą. Równocześnie sprzęga ona wyprowadzenie Na⁺ z komórki z wprowadzaniem do niej K⁺ . Dlatego tez pompa ta nazywana jest pompą sodowo- potasową.

Pompa ta zajmuje centralna pozycję w ekonomii energetycznej komórek zwierząt , zużywając 30% lub więcej ich całkowitego ATP.

Pompa jonowa utrzymuje duże stężenie jonów potasu i małe jonów sodu wewnątrz komórki. Pompa jonowa transportuje wbrew gradientowi stężeń na zewnątrz jony sodu, a do wewnątrz jony potasu, wykorzystując do tego procesu energię z ATP. Ponieważ wewnątrz komórki nagromadzone są aniony organiczne, transport taki powoduje, że błona komórkowa jest spolaryzowana. Dzięki polaryzacji błony komórkowej takie komórki jak nerwowe, mięśniowe mogą reagować na bodźce. Po zadziałaniu bodźca pompa jonowa przestaje pracować i wzrasta przepuszczalność błony komórkowej dla jonów wskutek otwierania się kanałów jonowych. Następuje depolaryzacja błony komórkowej. Pompa jonowa podejmuje szybko swą działalność i ponownie transportuje jony sodu na zewnątrz, a potasu do wewnątrz, co spowoduje kolejną polaryzację błony komórkowej.

Siłę napędową pompy jonowej stanowi przejściowe dołączenie grupy fosforanowej.

Pompa ta pracuje cyklicznie :

Etap 1 - związanie Na⁺

Etap 2 - grupa fosforanowa zostaje przyłączona wiązaniem o wysokiej energii do białka pompy

Etap 3 - ufosforylowanie wymusza zmianę konformacji pompy na taką , która umożliwia uwolnienie Na⁺ na zewnętrznej powierzchni komórki i równocześnie eksponuje przy tej samej powierzchni miejsca wiążącego dla K⁺ .

Etap 4 i 5 - związanie zewnątrzkomórkowego jonu potasu uruchamia usunięcie grupy fosforanowej - defosforylację

Etap 6 - powrót pompy do właściwej konformacji , umożliwiającej uwolnienie K⁺ do wnętrza komórki.

Bibliografia:

1. Bruce Alberts „Podstawy biologii komórki część 2” , Wydawnictwo Naukowe PWN , Warszawa 2007

2. Robert Hine „Słownik biologiczny” ,Wydawnictwo Eremis ,Warszawa 2002

3. Feliks Jaroszyk „Biofizyka Podręcznik dla studentów”, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2002
   

---