1.1Функції біологічних мембран
–Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища і вміст органел від цитоплазми;
–Забезпечують транспорт речовин у клітину і з неї, з цитоплазми в органели і навпаки;
–Виконують роль рецепторів (одержання і перетворення сигналів з навколишнього середовища, впізнавання речовин клітин і т. д.);
–Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
2. Активний транспорт речовин через мембрани.
Іноді необхідно, щоб усередині клітини концентрація речовини була високою навіть при низькій концентрації його в позаклітинній рідині (наприклад, для іонів калію). І навпаки, концентрацію інших іонів всередині клітини важливо зберігати на низькому рівні,незважаючи на їх високі концентрації поза клітини (наприклад, для іонів натрію). У жодному з цих двох випадків це не може забезпечуватися простий дифузією, підсумком якої завжди є урівноваження концентрації іонів по обидві сторони мембрани. Для створення надлишкового руху іонів калію всередину клітини, а іонів натрію - назовні необхідний якийсь джерело енергії. Процес переміщення молекул або іонів через клітинну мембрану проти градієнту концентрації (або проти електричного градієнта, атакож градієнта тиску) називають активним транспортом.
До речовин, активно транспортується, По крайней мере, через деякі клітинні мембрани, відносять іони натрію, калію, кальцію, заліза, водню, хлору, йоду, сечової кислоти, деякі цукру і більшість амінокислот.
Первинно активний і вдруге активний транспорт. В залежності від джерела використовуваної енергії активний транспорт підрозділяєтьсяна два типи: первинно активний і вдруге активний. Для первинно активного транспорту енергія витягається безпосередньо при розщепленні аденозинтрифосфату або деяких інших високоенергетичних фосфатних сполук. Вдруге активний транспорт забезпечується вторинної енергією, накопиченої у формі різниці концентрацій побічних речовин, молекул або іонів, по обидві сторони клітинної мембрани, створеної спочатку первинно активним транспортом. В обох випадках, як і при полегшеноїдифузії, транспорт залежить від білків-переносників, які пронизують клітинну мембрану. Однак функції білків-переносників при активному транспорті відрізняються від перенесення полегшеної дифузією, оскільки в першому випадку білки здатні передавати енергію транспортованого речовини для його переміщення проти електрохімічного градієнта. Далі наведено приклади первинно активного і вдруге активного транспорту з більш детальними поясненнями принципів їх функціонування.
2.1 Натрій-калієвий насос
До речовин, Які транспортуються за допомогою первинно активного транспорту, відносять натрій, калій, кальцій, водень, хлор і деякі інші іони. Механізм активного транспорту найкраще вивчений для натрій-калієвого насоса (Na + /K+ -нaсоса) - транспортного процесу, який викачує іони натрію через мембрану клітини назовні і в той же час закачує в клітку іони калію. Цей насос відповідає за підтримання різної концентрації іонів натрію і калію по обидві сторони мембрани, а також за наявність негативного електричного потенціалу всередині клітин. Білок-переносник представлений комплексом з двох роздільних глобулярних білків: більш великого, що зветься альфа-субодиницею, з молекулярною масою близько 100000 і меншого, званого бета-субодиницею, з молекулярною масою близько 55000. Хоча функція меншого білка невідома (за винятком того, що він, можливо, закріплює білковий комплекс в ліпідної мембрані), великий білок має три специфічних характеристики, важливі для функціонування насоса.
1. На виступає всередину клітини частини білка є три рецепторних ділянки для зв'язування іонів натрію. 2. На зовнішній частині білка розташовуються два рецепторних ділянки для зв'язування іонів калію. 3. Внутрішня частина білка, розташована поблизу ділянок зв'язування іонів натрію, володіє АТФ-азной активністю.
Розглянемо роботу насоса. Коли два іона калію зв'язуються з білком-переносником зовні і три іона натрію зв'язуються з ним всередині, активується АТФ-азна функція білка. Це веде до розщеплення 1 молекули АТФ до АДФ з виділенням енергії високоенергетичної фосфатної зв'язку. Вважають, що ця звільнена енергія викликає хімічну і конформаційну зміну молекули білка-переносника, в результаті 3 іона натрію переміщаються назовні, а 2 іона калію - всередину клітини.
Як і інші ферменти, Na-K +-ATФ-aзa може працювати і в зворотному напрямку. При експериментальному збільшенні електрохімічних градієнтів для Na+ і К+ до таких значень, що накопичена в них енергія стане вище хімічної енергії гідролізу АТФ, ці іони будуть рухатися за своїми градієнтам концентрації, а Na + /K+ -Hacoc буде синтезувати АТФ з АДФ і фосфату. Отже, фосфорілірованний форма Nа + /К +-насоса може бути або донором фосфатів для синтезу АТФ з АДФ, або використовувати енергію для зміни своєї конформації і качати натрій з клітки, а калій - в клітку. Відносні концентрації АТФ, АДФ і фосфатів, як і електрохімічні градієнти для натрію і калію, визначають напрямок ферментативної реакції. Для деяких клітин, наприклад електрично активних нервових клітин, від 60 до 70% всієї споживаної клітиною енергії витрачається на переміщення натрію назовні і калію всередину.