Плазматическая мембрана и транспорт веществ (активный транспорт, эндоцитоз, экзоцитоз)

Пассивный и активный транспорт. Главное различие — направление относительно градиента концентрации и затраты энергии. Пассивный идёт «под гору» (по градиенту) и АТФ не требует; активный — «в гору», против градиента, и работает только пока клетка жива и снабжена энергией. Поэтому отравление дыхательных ферментов (цианид) или охлаждение прекращают именно активный транспорт, а диффузия продолжается.

В итоге ионов K⁺ внутри клетки в 20–30 раз больше, чем снаружи, а Na⁺ — примерно в 10 раз меньше. Насос выносит за цикл на один положительный заряд больше, чем вносит, и вместе с утечкой K⁺ через каналы создаёт потенциал покоя (внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно); градиент Na⁺ служит источником энергии для вторичного активного транспорта; вывод Na⁺ не даёт клетке набухнуть от осмоса. На работу насоса уходит до трети АТФ клетки в покое, в нервных клетках — ещё больше.

Первичный и вторичный активный транспорт. При первичном активном транспорте белок-насос сам расщепляет АТФ (поэтому его называют АТФазой): Na⁺/K⁺-АТФаза плазмалеммы животных клеток; H⁺-АТФаза (протонный насос) плазмалеммы растений и грибов, мембран вакуолей и лизосом; Ca²⁺-АТФаза, закачивающая кальций в гладкую ЭПС мышечных клеток. Насос создаёт градиент концентрации иона — запас энергии, как вода за плотиной. При вторичном активном транспорте белок-переносчик пропускает этот ион по градиенту и за счёт освобождающейся энергии переносит другое вещество против его градиента.

Свойства мембраны. Она полупроницаема (избирательно проницаема), текуча (липиды и белки перемещаются в плоскости слоя; холестерин у животных регулирует текучесть), самозамыкается при повреждении и асимметрична: наружная и внутренняя стороны различаются набором белков и углеводов. Гликокаликс животных клеток отвечает за узнавание «своих» и «чужих» — на этом основаны группы крови, тканевая совместимость и работа иммунитета.

Полупроницаемость на практике. Скорость проникновения вещества сквозь липидный слой зависит от размера и полярности молекул: легко проходят небольшие неполярные молекулы (O₂, CO₂, N₂, стероидные гормоны, спирт), медленнее — мелкие полярные незаряженные (вода, мочевина, глицерин); ионы и крупные полярные молекулы (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) без белков-каналов и переносчиков почти не проходят, а макромолекулы и частицы попадают в клетку только эндоцитозом.

Эндоцитоз и экзоцитоз.

Эндоцитоз и экзоцитоз. При пиноцитозе мембрана впячивается и отшнуровывает мелкие пузырьки с жидкостью и растворёнными веществами; часто захват избирателен — вещество сначала связывается с рецепторами мембраны (так клетки поглощают холестерин из крови в составе липопротеинов). При экзоцитозе пузырёк подходит к плазмалемме и сливается с ней: содержимое оказывается снаружи, а мембрана пузырька становится частью плазмалеммы.