Przenoszenie substancji, zarówno do wnętrza komórki, jaki i poza nią jest warunkiem jej prawidłowego funkcjonowania. Niektóre z transportowanych cząsteczek są niezbędne w procesach życiowych. Inne to niepotrzebne bądź toksyczne metabolitymetabolitymetabolity, które muszą zostać usunięte z komórki.

Substancje, które mogą być transportowane przez błony komórkowe, to m.in. gazy (COIndeks dolny 2₂, OIndeks dolny 2₂), woda, jony (NaIndeks górny +⁺, KIndeks górny +⁺, ClIndeks górny -^-, CaIndeks górny 2+²⁺), glukoza i aminokwasy. Transport przez błonę może być aktywny lub bierny i zależy m.in. od różnicy stężeń substancji transportowanej po obu stronach błony, a także od wielkości przenoszonych cząsteczek, ich rozpuszczalności i ładunku elektrycznego. Transport aktywny wymaga nakładu energii, która pozyskiwana jest z ATP.

Ze względu na kierunek oraz ilość cząsteczek przenoszonych przez błonę wyróżnia się trzy rodzaje transportu: uniportuniportuniport, symportsymportsymport i antyportantyportantyport. Uniportery są białkami transportującymi tylko jeden rodzaj substancji w jedną, określoną stronę. Niektóre białka, tzw. kotransportery umożliwiają jednoczesny transport sprzężony dwóch różnych substancji. Przenoszą je na zasadzie symportu lub antyportu. W przypadku symportu obie substancje poruszają się w tym samym kierunku, natomiast antyport przebiega w dwóch przeciwnych kierunkach.

R1JILlWoj2BhT

Rysunek przedstawia trzy rodzaje transportu cząsteczek przez błonę: uniport, symport i antysport. Ukazana jest błona komórkowa. Jest ona złożona z dwóch warstw pionowo ułożonych fosfolipidów, które zbudowane są z dwóch pałeczkowatych struktur zakończonych kulistą strukturą. Pomiędzy fosfolipidami znajdują się pionowe, wydłużone kanały białkowe. Przez pierwszy kanał dochodzi do uniportu. Uniportery są białkami transportującymi tylko jeden rodzaj substancji w jedną, określoną stronę, z góry w dół. Przez drugi kanał dochodzi do symportu. W jego przypadku dwie różne substancje poruszają się w tym samym kierunku, z góry w dół. Przez trzeci kanał dochodzi do antyportu. W jego przypadku dwie różne substancje poruszają się w przeciwnych kierunkach, jedna z góry w dół i druga z dołu w górę.

Transport bierny odbywa się:

• zgodnie z gradientem (różnicą) stężeń, czyli ze środowiska o większym stężeniu substancji do środowiska o mniejszym jej stężeniu;

• spontanicznie;

• bez nakładów energii;

• bez udziału białek transportujących (dyfuzja prosta) lub przy udziale białek transportujących (dyfuzja ułatwiona).

RHcKfekAvLgr9

Schemat przedstawia transport bierny. Wskazane są jego dwa rodzaje: dyfuzja prosta i dyfuzja ułatwiona.

Specyficznym typem dyfuzji jest osmoza – dyfuzja rozpuszczalnika przez membranę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnych stężeniach. Więcej na temat osmozy w e‑materiale „Osmoza – specjalny rodzaj dyfuzji”.

Transport aktywny (czynny):

• odbywa się wbrew gradientowi stężeń, czyli ze środowiska o mniejszym stężeniu substancji do środowiska o większym jej stężeniu;

• wymaga nakładów energii;

• zachodzi przy obecności białek transportujących, tworzących tzw. pompypompa błonowapompy napędzane gradientem, ATP lub światłem.

Pompy jonowe są tworzone przez kompleksy białkowe. Przenoszą one substancje (m.in. jony HIndeks górny +⁺, CaIndeks górny 2+²⁺) w wyniku zmian swojej struktury, wymagających energii w postaci ATPATPATP.

Wyróżnia się dwa rodzaje transportu aktywnego: transport aktywny pierwotny i transport aktywny wtórny.

Transport aktywny pierwotny zachodzi niezgodnie z gradientem stężeń, poprzez białko błonowe, i wymaga zużycia energii, zgromadzonej najczęściej w ATP.

Pompą napędzaną przez ATP w komórkach zwierząt jest pompa sodowo‑potasowa transportująca NaIndeks górny +⁺ na zewnątrz komórek, a KIndeks górny +⁺ do ich wnętrza.

R1K7x2oodT5LF

Rysunek przedstawia schemat działania pompy sodowo‑potasowej. Umożliwia ona aktywny transport kationów potasu do wewnątrz komórki, a kationów sodu na jej zewnątrz. Ukazana jest błona komórkowa złożona z dwóch warstw ułożonych pionowo fosfolipidów, które zbudowane są z dwóch pałeczkowatych struktur zakończonych kulistą strukturą. W przestrzeni zewnątrzkomórkowej znajdują się dwie substancje: sód i potas. W etapie pierwszym i drugim związanie Na⁺ przez białko pompy w przestrzeni wewnątrzkomórkowej przy aktywacji ATP prowadzi do zmiany struktury przestrzennej pompy, w wyniku czego Na⁺ przeniesione zostaje na zewnątrz błony. Z kolei w etapie trzecim i czwartym związanie K⁺ w przestrzeni zewnątrzkomórkowej i związana z tym defosforylacja umożliwiają pompie powrót do jej wyjściowej struktury przestrzennej. Prowadzi to do przeniesienia K⁺ przez błonę komórkową i uwolnienia go do cytozolu. W każdym cyklu trzy jony sodu opuszczają komórkę, a dwa jony potasu do niej wnikają. W wyniku tych procesów, gdy stężenie sodu rośnie, maleje stężenie potasu i na odwrót.

Pompa sodowo‑potasowa działa bez przerwy, dzięki czemu w tkankach zwierzęcych stężenie jonów sodu w przestrzeni wewnątrzkomórkowej wynosi od 5 do 15 mM. Oznacza to, że jest od 10 do 30 razy mniejsze niż stężenie tych jonów w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Natomiast stężenie jonów potasu w cytozolu wynosi 140 mM, czyli jest od 10 do 30 razy większe niż w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Wysoki gradient stężeń NaIndeks górny +  Indeks górny koniec⁺ w poprzek błony komórkowej  wraz z potencjałem błonowym tworzą silny gradient elektrochemiczny.

Transport aktywny wtórny wykorzystuje gradient elektrochemiczny wytworzony podczas transportu aktywnego pierwotnego, który prowadzi do wypompowania jonów np. HIndeks górny +⁺ (w przypadku pompy protonowej) lub NaIndeks górny +⁺ (w przypadku pompy sodowo‑potasowej) na zewnątrz komórki. W rezultacie powstaje gradient stężeń jonów po obu stronach błony. Jony te, dążąc do powrotu do wnętrza komórki i przemieszczając się przez białka transporterowe zgodnie z gradientem stężeń, umożliwiają jednoczesny transport innej substancji – przeciwnie do jej gradientu stężenia. W ten sposób wraz z jonami NaIndeks górny +⁺ do komórki wnika glukoza, a w komórce roślinnej, wraz z jonami HIndeks górny +⁺ – sacharoza. Transport jonów oraz innej substancji zostają ze sobą sprzężone dzięki kotransporterom.

R1LRVcCR5cdCv

Rysunek przedstawia transport aktywny wtórny sodu, potasu i glukozy przez błonę komórkową przy udziale białek pomocniczych. Przenośnik symportowy transportuje z przestrzeni zewnątrzkomórkowej glukozę wraz z jonami Na⁺ do wnętrza komórki dzięki różnicy stężeń jonów wytworzonej przez pompę sodowo‑potasową. Natomiast przenośnik antyportowy transportuje z cytozolu sód do przestrzeni zewnątrzkomórkowej i równocześnie z tejże przestrzeni przenosi potas do przestrzeni wewnątrzkomórkowej.

Słownik