Aktīvā izšķīdušās vielas transportēšana ir substrātu pārvietošanās veids pa biomembrānu. Aktīvs transports notiek pret a koncentrācija vai lādiņa gradients un notiek enerģijas patēriņa laikā. Mitohondriopātijās šis process ir traucēts.
Kas ir aktīvais izšķīdušo vielu pārvadājums?
Aktīvā izšķīdušās vielas transportēšana ir substrātu pārvietošanās veids pa biomembrānu. Cilvēka ķermenī fosfolipīdu un divslāņu biomembrānas atdala atsevišķus šūnu nodalījumus. Pamatojoties uz membrānas komponentiem, dažādās biomembrānas uzņemas aktīvas lomas selektīvās masa transports. Biomembrāna kā atdalošais slānis starp vairākiem nodalījumiem ir būtībā necaurlaidīgs lielākajai daļai visu molekulas. Tikai lipofīls, mazāks un hidrofobs molekulas brīvi izkliedējas caur lipīdu divslāni. Šāda veida noregulētās membrānas caurlaidība ir pazīstama arī kā selektīva caurlaidība. Izkliedējams molekulas ietver, piemēram, gāzi, alkohols un urīnviela molekulas. Joni un citas bioloģiski aktīvās vielas pārsvarā ir hidrofilas, un tās aptur biomembrānas barjera. Lai joni, ūdens un lielākām daļiņām, piemēram, cukuriem, kas izkliedējas, biomembrānai ir transports proteīni. Viņi aktīvi iesaistās vielu pārvadāšanā. Pārvadāšanu caur biomembrānu sauc arī par membrānas transportēšanu vai membrānas plūsmu, ja pati membrāna šajā procesā tiek pārvietota. Biomembrānas un to selektīva caurlaidība šūnas iekšienē uztur noteiktu šūnu vidi, kas veicina iekšējos funkcionālos procesus. Šūna un tās nodalījumi sazinās ar apkārtējo vidi un iesaistās selektīvā veidā masa un daļiņu apmaiņa. Mehānismi, piemēram, aktīvās izšķīdušās vielas transportēšana, ļauj selektīvi iziet membrānas uz šī pamata. Aktīvā izšķīdušās vielas transportēšana ir jānošķir no pasīvās izšķīdušās vielas pārvadāšanas un membrānas pārvietojošās izdalītās vielas transportēšanas.
Funkcija un uzdevums
Vielu transportēšana pa biomembrānu notiek aktīvi vai pasīvi. Pasīvā transportā molekulas iet caur membrānu bez enerģijas patēriņa konkrētā virzienā koncentrācija vai potenciālais gradients. Tādējādi pasīvais transports ir īpaša difūzijas forma. Tādējādi vēl lielākas molekulas ar membrānas transporta palīdzību nonāk membrānas otrā pusē proteīni. Savukārt aktīvais transports ir transporta process, kas notiek ar enerģijas patēriņu pret biosistēmas gradientu. Tādējādi dažādas molekulas var selektīvi transportēt pa membrānu pret ķīmisko vielu koncentrācija elektriskā potenciāla gradients. Tam ir īpaša loma uzlādētām daļiņām. Papildus uzlādes aspektiem enerģijai ir svarīgi arī koncentrācijas aspekti līdzsvarot no šiem. Entropijas samazināšanās slēgtā sistēmā noved pie koncentrācijas gradienta pastiprināšanās. Šīs attiecības spēlē tikpat svarīgu lomu enerģētikā līdzsvarot kā lādiņa transportēšana pret elektrisko lauku vai atpūtas membrānas potenciālu. Lai gan mēs esam noraizējušies par lādiņu vai enerģiju līdzsvarot sistēmā daļiņu koncentrācija un tās izmaiņas jāapsver atsevišķi selektīvi caurlaidīgās biomembrānas dēļ. Enerģiju aktīvam transportam nodrošina, no vienas puses, kā ķīmisko saistošo enerģiju, piemēram, ATP hidrolīzes veidā. No otras puses, lādiņa gradienta sadalījums var kalpot kā virzītājspēks un tādējādi radīt elektrisko enerģiju. Trešā enerģijas nodrošināšanas iespēja izriet no entropijas palielināšanās attiecīgajā komunikācijas sistēmā un tādējādi no koncentrācijas gradienta sadalīšanās citur. Transports pret elektrisko gradientu tiek saukts par elektrogēnu. Atkarībā no enerģijas avota un darba veida izšķir primāro, sekundāro un terciāro aktīvo transportu. Grupu pārvietošana ir īpašs aktīvā transporta veids. Primārais aktīvais transports notiek, kad tiek patērēts ATP, un neorganiskie joni un protoni tiek transportēti no šūnas caur biomembrānu, izmantojot transporta ATPāzes. Tādējādi jons tiek sūknēts ar jonu sūkņa palīdzību, piemēram, no zemākās koncentrācijas uz augstāko koncentrēto pusi. The nātrijs-kālijs sūknis ir vissvarīgākais šī procesa pielietojums cilvēka ķermenī. Tas izsūknē pozitīvi uzlādētu nātrijs joni zem ATP patēriņa un vienlaikus iesūc pozitīvi uzlādētu kālijs jonus šūnā. Tādējādi neironu miera potenciāls paliek nemainīgs, un var ģenerēt un pārnest darbības potenciālu. Sekundārajā aktīvajā transportā daļiņas tiek transportētas pa elektroķīmisko gradientu. Gradienta potenciālā enerģija kalpo kā virzītājspēks otrā substrāta transportēšanai tajā pašā virzienā pret elektrisko gradientu vai koncentrācijas gradientu. Šim aktīvajam transportam ir īpaša loma nātrijs-glikoze simportēt tievā zarnā. Ja otro substrātu transportē pretējā virzienā, sekundārais aktīvais transports var būt arī, piemēram, nātrijakalcijs antiport, izmantojot nātrija-kalcija apmaiņas līdzekļus. Terciārais aktīvais transports izmanto koncentrācijas gradientu, ko nosaka sekundārais aktīvais transports, pamatojoties uz primāro aktīvo transportu. Šim transporta veidam ir nozīme galvenokārt di- un tripeptīdu pārvadāšanā tievā zarnā, ko veic peptīdu transportieris 1. Grupu translokācijas transports monosaharīdi or cukurs spirti kā īpašs aktīvā transporta veids, ķīmiski modificējot transporta vielas, fosforilējot. Fosfenolpirovīnskābes fosfotransferāzes sistēma ir vissvarīgākais šāda veida transporta piemērs.
Slimības un traucējumi
Enerģijas vielmaiņa kā arī īpašs pārvadātājs fermenti un pārvadātājs proteīni spēlē lomu aktīvā vielmaiņas transportā. Ja pārvadātāju olbaltumvielas vai fermenti attiecīgais ģenētiskā materiāla transkripcijas mutāciju vai kļūdu dēļ nav sākotnēji fizioloģiski plānotajā formā, tad aktīva vielmaiņas transports ir iespējams tikai ar grūtībām vai, ārkārtējos gadījumos, vispār. Dažas slimības tievā zarnā, piemēram, ir saistīti ar šo parādību. Slimības ar traucētu ATP piegādi var arī postoši ietekmēt aktīvo vielu transportēšanu un izraisīt funkcionālie traucējumi dažādu orgānu. Tikai dažos šādu slimību gadījumos tiek ietekmēts tikai viens orgāns. Vairumā gadījumu, enerģijas metabolisms traucējumi ir daudzu orgānu slimības, kurām bieži ir ģenētisks pamats. Piemēram, visās mitohondriopātijās tiek ietekmēta enzīmu sistēma, kas iesaistīta enerģijas ražošanā oksidatīvās fosforilēšanas ceļā. Šie traucējumi jo īpaši ietver ATP sintāzes traucējumus. Šis ferments ir viens no vissvarīgākajiem transmembrānas proteīniem un tādējādi parādās, piemēram, protonu sūknī kā transporta ferments. Fermenta galvenais uzdevums ir katalizēt ATP sintāzi. Lai nodrošinātu enerģiju, ATP sintāzes šķērssaites enerģētiski atbalstīja protonu transportēšanu ar ATP veidošanos gar protonu gradientu. Tādējādi ATP sintāze ir viens no vissvarīgākajiem enerģijas pārveidotājiem cilvēka ķermenī un var pārveidot vienu enerģijas veidu citos enerģijas veidos. Mitohondriopātijas ir mitohondriju vielmaiņas procesu darbības traucējumi, kā rezultātā samazinās ķermeņa veiktspēja samazinātas ATP sintēzes dēļ.
