Qeliza është një njësi strukturore e gjithë jetës në planetin tonë dhe një sistem i hapur. Kjo do të thotë se jeta e tij kërkon një shkëmbim të vazhdueshëm të materies dhe energjisë me mjedisin. Ky shkëmbim kryhet përmes membranës - kufirit kryesor të qelizës, e cila është krijuar për të ruajtur integritetin e saj. Është përmes membranës që kryhet metabolizmi qelizor dhe ai shkon ose përgjatë gradientit të përqendrimit të një substance, ose kundër tij. Transporti aktiv nëpër membranën citoplazmike është një proces kompleks dhe intensiv me energji.
Membrana - pengesë dhe portë
Membrana citoplazmike është pjesë e shumë organeleve qelizore, plastideve dhe përfshirjeve. Shkenca moderne bazohet në modelin e mozaikut fluid të strukturës së membranës. Transporti aktiv i substancave nëpër membranë është i mundur për shkak të tijndërtesë specifike. Baza e membranave formohet nga një shtresë e dyfishtë lipidike - kryesisht fosfolipide të rregulluara në përputhje me vetitë e tyre hidrofile-hidrofobike. Vetitë kryesore të shtresës së dyfishtë lipidike janë rrjedhshmëria (aftësia për të futur dhe humbur vende), vetë-montimi dhe asimetria. Komponenti i dytë i membranave janë proteinat. Funksionet e tyre janë të ndryshme: transporti aktiv, pritja, fermentimi, njohja.
Proteinat ndodhen si në sipërfaqen e membranave ashtu edhe brenda dhe disa prej tyre depërtojnë disa herë në të. Vetia e proteinave në një membranë është aftësia për të lëvizur nga njëra anë e membranës në tjetrën (kërcim "flip-flop"). Dhe përbërësi i fundit është zinxhiri saharid dhe polisaharid i karbohidrateve në sipërfaqen e membranave. Funksionet e tyre janë ende të diskutueshme sot.
Llojet e transportit aktiv të substancave nëpër membranë
Aktiv do të jetë një transferim i tillë i substancave përmes membranës qelizore, i cili kontrollohet, ndodh me kostot e energjisë dhe shkon kundër gradientit të përqendrimit (substancat transferohen nga një zonë me përqendrim të ulët në një zonë prej përqendrim i lartë). Në varësi të burimit të energjisë që përdoret, dallohen mënyrat e mëposhtme të transportit:
- Aktiv primar (burimi i energjisë - hidroliza e acidit adenozinotrifosforik ATP në acidin adenozinodifosforik ADP).
- Aktiv sekondar (i siguruar me energji sekondare të krijuar si rezultat i mekanizmave të transportit aktiv primar të substancave).
Proteinat-asistentë
Në rastin e parë dhe të dytë, transporti është i pamundur pa proteinat bartëse. Këto proteina transportuese janë shumë specifike dhe janë krijuar për të bartur molekula të caktuara, dhe ndonjëherë edhe disa lloje molekulash. Kjo u vërtetua eksperimentalisht në gjenet bakteriale të mutuara, të cilat çuan në pamundësinë e transportit aktiv nëpër membranën e një karbohidrati të caktuar. Proteinat transportuese transmembranore mund të jenë vetë-transportuese (ato ndërveprojnë me molekulat dhe i bartin drejtpërdrejt nëpër membranë) ose kanal-formuese (formojnë pore në membranat që janë të hapura ndaj substancave specifike).
Pompë natriumi dhe kaliumi
Shembulli më i studiuar i transportit aktiv primar të substancave nëpër membranë është pompa Na+ -, K+. Ky mekanizëm siguron diferencën e përqendrimeve të joneve Na+ dhe K+ në të dyja anët e membranës, e cila është e nevojshme për të ruajtur presionin osmotik në qelizë dhe proceset e tjera metabolike. Proteina mbartëse transmembranore, ATPaza natriumi-kalium, përbëhet nga tre pjesë:
- Në anën e jashtme të membranës proteinike ka dy receptorë për jonet e kaliumit.
- Ka tre receptorë të joneve të natriumit në brendësi të membranës.
- Pjesa e brendshme e proteinës ka aktivitet ATP.
Kur dy jone kaliumi dhe tre jone natriumi lidhen me receptorët e proteinave në të dyja anët e membranës, aktiviteti ATP aktivizohet. Molekula ATP hidrolizohet në ADP me çlirimin e energjisë, e cila shpenzohet për transportin e joneve të kaliumitbrenda, dhe jonet e natriumit jashtë membranës citoplazmike. Është vlerësuar se efikasiteti i një pompe të tillë është më shumë se 90%, që në vetvete është mjaft mahnitëse.
Për referencë: Efikasiteti i një motori me djegie të brendshme është rreth 40%, elektrik - deri në 80%. Është interesante se pompa mund të funksionojë edhe në drejtim të kundërt dhe të shërbejë si dhurues fosfati për sintezën e ATP. Për disa qeliza (për shembull, neuronet), deri në 70% e të gjithë energjisë shpenzohet për heqjen e natriumit nga qeliza dhe pompimin e joneve të kaliumit në të. Pompat për kalcium, klor, hidrogjen dhe disa katione të tjera (jone me ngarkesë pozitive) punojnë në të njëjtin parim të transportit aktiv. Nuk janë gjetur pompa të tilla për anionet (jonet me ngarkesë negative).
Kotransporti i karbohidrateve dhe aminoacideve
Një shembull i transportit aktiv sekondar është transferimi i glukozës, aminoacideve, jodit, hekurit dhe acidit urik në qeliza. Si rezultat i funksionimit të pompës kalium-natriumi, krijohet një gradient i përqendrimeve të natriumit: përqendrimi është i lartë jashtë, dhe i ulët brenda (ndonjëherë 10-20 herë). Natriumi tenton të shpërndahet në qelizë dhe energjia e këtij difuzioni mund të përdoret për të transportuar substanca jashtë. Ky mekanizëm quhet cotransport ose transport aktiv i çiftëzuar. Në këtë rast, proteina bartëse ka dy qendra receptore nga jashtë: një për natriumin dhe tjetra për elementin që transportohet. Vetëm pas aktivizimit të të dy receptorëve, proteina pëson ndryshime konformative dhe energjia e difuzionitnatriumi fut substancën e transportuar në qelizë kundër gradientit të përqendrimit.
Vlera e transportit aktiv për qelizën
Nëse shpërndarja e zakonshme e substancave nëpër membranë do të vazhdonte në mënyrë arbitrare për një kohë të gjatë, përqendrimet e tyre jashtë dhe brenda qelizës do të barazoheshin. Dhe kjo është vdekje për qelizat. Në fund të fundit, të gjitha proceset biokimike duhet të vazhdojnë në një mjedis me diferencë potenciale elektrike. Pa transport aktiv, kundër një gradienti përqendrimi, të substancave, neuronet nuk do të ishin në gjendje të transmetonin një impuls nervor. Dhe qelizat e muskujve do të humbnin aftësinë për t'u kontraktuar. Qeliza nuk do të ishte në gjendje të mbante presionin osmotik dhe do të shembet. Dhe produktet e metabolizmit nuk do të dilnin jashtë. Dhe hormonet nuk do të hyjnë kurrë në qarkullimin e gjakut. Në fund të fundit, edhe një amebë shpenzon energji dhe krijon një ndryshim potencial në membranën e saj duke përdorur të njëjtat pompa jonike.
