Sel adalah unit struktural dari semua kehidupan di planet kita dan sistem terbuka. Ini berarti bahwa hidupnya membutuhkan pertukaran materi dan energi yang konstan dengan lingkungan. Pertukaran ini dilakukan melalui membran - batas utama sel, yang dirancang untuk menjaga integritasnya. Melalui membran metabolisme sel dilakukan dan berjalan baik sepanjang gradien konsentrasi suatu zat, atau melawannya. Transpor aktif melintasi membran sitoplasma adalah proses yang kompleks dan intensif energi.
Membran - penghalang dan gerbang
Membran sitoplasma adalah bagian dari banyak organel sel, plastida, dan inklusi. Ilmu pengetahuan modern didasarkan pada model struktur membran mosaik fluida. Transpor aktif zat melintasi membran dimungkinkan karenabangunan tertentu. Dasar membran dibentuk oleh lapisan ganda lipid - terutama fosfolipid yang disusun sesuai dengan sifat hidrofilik-hidrofobiknya. Sifat utama dari lapisan ganda lipid adalah fluiditas (kemampuan untuk menanamkan dan kehilangan situs), perakitan sendiri, dan asimetri. Komponen kedua dari membran adalah protein. Fungsinya beragam: transpor aktif, penerimaan, fermentasi, pengenalan.
Protein terletak di permukaan membran dan di dalam, dan beberapa di antaranya menembusnya beberapa kali. Sifat protein dalam membran adalah kemampuan untuk berpindah dari satu sisi membran ke sisi lain (lompatan “flip-flop”). Dan komponen terakhir adalah rantai sakarida dan polisakarida karbohidrat pada permukaan membran. Fungsi mereka masih kontroversial sampai sekarang.
Jenis transpor aktif zat melintasi membran
Aktif akan seperti transfer zat melalui membran sel, yang dikendalikan, terjadi dengan biaya energi dan bertentangan dengan gradien konsentrasi (zat ditransfer dari area konsentrasi rendah ke area konsentrasi konsentrasi tinggi). Tergantung pada sumber energi yang digunakan, moda transportasi berikut dibedakan:
- Aktif utama (sumber energi - hidrolisis ATP asam adenosin trifosfat menjadi ADP asam adenosin difosfat).
- Aktif sekunder (disediakan dengan energi sekunder yang dihasilkan dari mekanisme transpor aktif primer zat).
Protein-asisten
Dalam kasus pertama dan kedua, transportasi tidak mungkin dilakukan tanpa protein pembawa. Protein transpor ini sangat spesifik dan dirancang untuk membawa molekul tertentu, dan terkadang bahkan jenis molekul tertentu. Ini dibuktikan secara eksperimental pada gen bakteri yang bermutasi, yang menyebabkan ketidakmungkinan transpor aktif melintasi membran karbohidrat tertentu. Protein pengangkut transmembran dapat menjadi pengangkut sendiri (mereka berinteraksi dengan molekul dan langsung membawanya melintasi membran) atau pembentuk saluran (membentuk pori-pori di membran yang terbuka untuk zat tertentu).
Pompa natrium dan kalium
Contoh transpor aktif utama zat yang melewati membran yang paling banyak dipelajari adalah pompa Na+ -, K+ -. Mekanisme ini memastikan perbedaan konsentrasi ion Na+ dan K+ di kedua sisi membran, yang diperlukan untuk mempertahankan tekanan osmotik dalam sel dan proses metabolisme lainnya. Protein pembawa transmembran, natrium-kalium ATPase, terdiri dari tiga bagian:
- Di sisi luar membran protein terdapat dua reseptor untuk ion kalium.
- Ada tiga reseptor ion natrium di bagian dalam membran.
- Bagian dalam protein memiliki aktivitas ATP.
Ketika dua ion kalium dan tiga ion natrium berikatan dengan reseptor protein di kedua sisi membran, aktivitas ATP diaktifkan. Molekul ATP dihidrolisis menjadi ADP dengan pelepasan energi, yang digunakan untuk pengangkutan ion kaliumdalam, dan ion natrium di luar membran sitoplasma. Diperkirakan efisiensi pompa semacam itu lebih dari 90%, yang dengan sendirinya cukup menakjubkan.
Untuk referensi: Efisiensi mesin pembakaran internal sekitar 40%, listrik - hingga 80%. Menariknya, pompa juga dapat bekerja dalam arah yang berlawanan dan berfungsi sebagai donor fosfat untuk sintesis ATP. Untuk beberapa sel (misalnya, neuron), hingga 70% dari semua energi dihabiskan untuk menghilangkan natrium dari sel dan memompa ion kalium ke dalamnya. Pompa untuk kalsium, klorin, hidrogen, dan beberapa kation lainnya (ion dengan muatan positif) bekerja dengan prinsip transpor aktif yang sama. Tidak ada pompa seperti itu yang ditemukan untuk anion (ion bermuatan negatif).
Cotransport karbohidrat dan asam amino
Contoh transpor aktif sekunder adalah transfer glukosa, asam amino, yodium, besi dan asam urat ke dalam sel. Sebagai hasil dari pengoperasian pompa kalium-natrium, gradien konsentrasi natrium dibuat: konsentrasi tinggi di luar, dan di dalam rendah (kadang-kadang 10-20 kali). Natrium cenderung berdifusi ke dalam sel dan energi difusi ini dapat digunakan untuk mengangkut zat keluar. Mekanisme ini disebut kotranspor atau transpor aktif berpasangan. Dalam hal ini, protein pembawa memiliki dua pusat reseptor di luar: satu untuk natrium dan yang lainnya untuk elemen yang diangkut. Hanya setelah aktivasi kedua reseptor, protein mengalami perubahan konformasi, dan energi difusinatrium memasukkan zat yang diangkut ke dalam sel melawan gradien konsentrasi.
Nilai transpor aktif untuk sel
Jika difusi biasa zat melalui membran berlangsung untuk waktu yang lama, konsentrasinya di luar dan di dalam sel akan sama. Dan ini adalah kematian bagi sel. Bagaimanapun, semua proses biokimia harus berlangsung dalam lingkungan dengan perbedaan potensial listrik. Tanpa aktif, melawan gradien konsentrasi, transportasi zat, neuron tidak akan mampu mengirimkan impuls saraf. Dan sel otot akan kehilangan kemampuan untuk berkontraksi. Sel tidak akan mampu mempertahankan tekanan osmotik dan akan kolaps. Dan produk metabolisme tidak akan dibawa keluar. Dan hormon tidak akan pernah masuk ke aliran darah. Bagaimanapun, bahkan amuba menghabiskan energi dan menciptakan perbedaan potensial pada membrannya menggunakan pompa ion yang sama.
