Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.6: Генерація градієнтів: використання пов'язаних реакцій та насосів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    2539

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    І носії, і канали дозволяють спрямований рух (чистий потік) молекул через мембрану, але тільки тоді, коли присутній градієнт концентрації. Якщо мембрана містить активні канали та носії (як це роблять всі мембрани), без введення енергії в кінцевому підсумку градієнти концентрації через мембрану зникнуть (розійдуться). [Молекула] зовні стане рівною [молекулі] всередині. Однак, коли ми дивимося на клітини, ми знаходимо безліч градієнтів концентрації, що викликає питання, що виробляє, а потім підтримує ці градієнти.

    Відповідь здорового глузду полягає в тому, що повинні бути молекули (білки), які можуть транспортувати конкретні типи молекул через мембрану та проти їх градієнта концентрації. Ми назвемо ці типи молекул насосів і запишемо реакцію, в якій вона бере участь, як:

    [Молекула] низька концентрація+насос [Молекула] висока концентрація+насос

    Як ви вже могли підозрювати, це термодинамічно несприятлива реакція. Як і знайомий макроскопічний насос, він зажадає введення енергії. Нам доведеться «підключити» наш молекулярний насос до якогось джерела енергії. Які джерела енергії доступні біологічним системам? В основному у нас є два варіанти: система може використовувати електромагнітну енергію, тобто світло, або вона може використовувати хімічну енергію. У легкому насосі є система, яка захоплює (поглинає) світло; поглинання світла (енергії) з'єднане з насосною системою. Там, де насос приводиться в дію хімічною реакцією, термодинамічно сприятлива реакція часто каталізується самим насосом, і ця реакція пов'язана з рухом молекули проти її градієнта концентрації. Цікавим топологічним моментом є те, що для легкого або хімічної реакції керований насос працював, щоб генерувати градієнт концентрації, всі молекули насоса всередині мембрани повинні бути орієнтовані в одному напрямку. Якби насоси були орієнтовані випадково, загального потоку не буде (молекули рухалися б в обох напрямках) і градієнт не розвивався б.

    Насоси з хімічною реакцією також орієнтовані всередині мембран в тій же орієнтації. Для приводу таких насосів може використовуватися ряд хімічних реакцій, і ці насоси можуть керувати різними реакціями (пам'ятайте, що реакції можуть рухатися в обох напрямках). Одні з найпоширеніших включають рух енергетичних електронів через мембранно-зв'язану на основі білків систему «електронного транспорту», що призводить до створення електрохімічного градієнта H+. Рух H+ вниз по градієнту концентрації, через насос, приводить в дію синтез АТФ. Рух Н+ з боку мембрани з відносно високим [H+] до відносно низького [H+] пов'язаний з синтезом АТФ через мембранно зв'язаний фермент АТФ-синтази:

    [H +] висока концентрація-зовні + аденозиндифосфат (АДФ) (внутрішньоклітинний) + фосфат (внутрішньоклітинний) аденозинтрифосфат (АТФ) (внутрішньоклітинний) + H 2 0 (внутрішньоклітинний) + [H +] низька концентрація-всередині.

    Ця реакція може протікати в зворотному напрямку, і в цьому випадку АТФ гідролізується з утворенням АДФ і фосфату, а H+переміщується проти градієнта концентрації, тобто з області низької концентрації в область більш високої концентрації.

    [H +] низька концентрація-всередині + аденозинтрифосфат (АТФ) (внутрішньоклітинний) + H 2 0 (внутрішньоклітинний) аденозиндифосфат (АДФ) (внутрішньоклітинний) + фосфат (внутрішньоклітинний) + [Н +] висока концентрація-всередину.

    Взагалі, пов'язуючи реакцію гідролізу АТФ з насосом, насос може переміщати молекули з області низької концентрації в одну з високої концентрації, термодинамічно несприятливою реакцією.

    Автори та атрибуція