Активний і пасивний транспорт речовин

Клітина постійно розщеплює і синтезує безліч хімічних речовин. Одні речовини переміщуються в клітині між органелами, інші виводяться крізь мембрану назовні, тоді як деякі проникають усередину.

Клітинна мембрана пропускає одні речовини і не пропускає інші. Ця найважливіша властивість біологічної мембрани називається вибірковою проникністю. Вона має велике значення для саморегуляції і підтримки сталого складу клітини.

Транспортування речовин крізь клітинну мембрану здійснюється за допомогою різних механізмів (мал. 25.1).

Пасивний транспорт — це рух речовин крізь клітинну мембрану без витрат енергії за градієнтом концентрації (від ділянки з високою до ділянки з низькою концентрацією). Пасивний транспорт здійснюється шляхом простої

і полегшеної дифузії. У такий спосіб крізь клітинну мембрану переміщуються малі молекули.

Активний транспорт — це перенесення речовин через клітинну мембрану проти градієнта концентрації, з витратою енергії. Активний транспорт здійснюється за допомогою спеціальних білків-транспортерів, шляхом екзо- або ендоцитозу, а також шляхом везикулярного транспорту. У такий спосіб крізь клітинну мембрану переміщуються йони й великі молекули, для яких мембрана є непроникною.

Дифузія (пасивний транспорт)

Дифузія — це рух речовини від зони з її високою концентрацією до зони з її низькою концентрацією. Невеликі неорганічні молекули (CO₂, O₂) і гідрофобні речовини легко проходять крізь ліпідний бішар клітинної мембрани. Такий вид пасивного транспорту називають простою дифузією.

Пасивний транспорт за градієнтом концентрації за участю мембранних білків називають полегшеною дифузією. Полегшена дифузія відбувається через спеціальні канали, розташовані всередині великих білкових молекул. Так транспортуються невеликі органічні молекули (глюкоза, деякі амінокислоти, моносахариди тощо).

Транспортування молекул води крізь мембрани здійснюють спеціальні мембранні білки аквапорини.

Білки-транспортери (активний транспорт)

Одним із видів активного транспорту речовин крізь клітинну мембрану є перенесення їх білками-транспортерами. Транспортери — це білки, що переміщують певні речовини крізь клітинну мембрану з витратами енергії. Симпортні транспортери здійснюють спільний транспорт в одному напрямку двох речовин — це так званий симпорт: наприклад, симпорт у клітину глюкози відбувається спільно з йонами Натрію. Антипортні транспортери здійснюють зустрічний транспорт двох речовин, він має назву антипорт. За принципом антипорту працює натрій-калі-

євий йонний насос (йонні насоси — це транспортери йонів). Уніпорт здійснює транспорт тільки однієї речовини.

Робота натрій-калієвого насоса

У цитоплазмі та позаклітинному середовищі підтримується певне співвідношення йонів Na+ і K+ (вміст K+ більше у клітині, а Na+ — поза клітиною). Викачування йонів Na+ із клітини і перенесення йонів K+ у клітину здійснюється мембранним білком. Для цього процесу використовується енергія АТФ (мал. 25.2).

За один цикл роботи насос викачує з клітини три йони Na+ і закачує два йони K+. Тому на зовнішньому боці мембрани накопичується надлишок позитивних йонів. Цю різницю потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями мембрани використовують як джерело енергії багато інших білкових комплексів для перенесення різних речовин крізь мембрану.

Ендоцитоз і екзоцитоз (активний транспорт)

Перенесення великих молекул (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот) і час-

тинок (фрагменти клітин) через клітинну мембрану відбувається з утворенням везикул. Везикули — це мембранні пухирці, які здатні транспортувати речовини. Мембранний транспорт у клітину називають ендоци-тозом, а транспорт із клітини — екзоцитозом. Поглинання клітиною твердих частинок називають фагоцитозом, а поглинання рідин і крапель — піноцитозом.

Везикулярний транспорт усередині клітини (активний транспорт)

Транспорт речовин усередині клітини з однієї органели в іншу також відбувається у везикулах. Везикули відбруньковуються від цистерн апарату Гольджі й доставляють речовини в органели-мішені, зливаючись з їхніми мембранами. Для транспортування везикул використовуються мікротрубочки, що є складовими цитоскелета. Транспортування на поверхні мікротрубочок здійснюють моторні білки: динеїни і кінезини (мал. 25.3). Динеїни переміщують частинки з периферійних ділянок клітини до центросоми. Кінезини, навпаки, переміщують частинки в напрямку до клітинної периферії. Процес іде з витратою енергії АТФ.

Ключова ідея

Пасивний транспорт (без витрат енергії) невеликих молекул крізь клітинну мембрану здійснюється шляхом простої і полегшеної дифузії. Активний транспорт (з витратами енергії) здійснюється за допомогою спеціальних білків-транспортерів (уніпорта, симпорта, антипорта), екзо- або ендоцитозом, а також шляхом везикулярного транспорту.

Запитання та завдання

1. Чому клітини витрачають значну частину виробленої енергії (до 50 %) на транспорт речовин через мембрани? 2. Які клітини хребетних активно використовують фагоцитоз? 3. Як внутрішньоклітинні транспортні везикули розпізнають органели-мішені?

Це матеріал з підручника Біологія і Екологія 10 клас Задорожний