Транспорт веществ через биологические мембраны

Осуществление транспорта вещества и энергии через биологические мембраны является необходимым условием функционирования любой клетки. С переносом вещества через мембраны связаны все процессы метаболизма клетки, биоэнергетические процессы, образование биопотенциалов, в т.ч. генерация и передача нервного импульса и другие процессы.

Принято различать следующие типы мембранного транспорта.

1. Пассивный транспорт нейтральных молекул (неэлектролитов) и ионов через мембрану. Перенос неэлектролитов обусловлен градиентом химического потенциала, а ионов - градиентом электрохимического потенциала. Пассивный транспорт через липидный бислой может осуществ­ляться путем диффузии или по механизму облегченной диффузии. Для разбавленного раствора вещества концентрации с химический потен­циалm ( свободная энергия Гиббса на один моль вещества) определяется как:

m = m₀ + RT lnc

где m₀- стандартный химический потенциал (химический потенциал при концентрации вещества 1 моль л^-1).

Электрохимический потенциал m₀ - величина, численно равная свободной энергии Гиббса G на один моль вещества, помещенного в электрическое поле

m = m₀ + RT lnc + ZFφ,

где Z – заряд иона, F –число Фарадея,φ - потенциал электрического поля, Т- температура.

Пассивный транспорт молекул и ионов идет с уменьшением величин хими­ческого и электрохимического потенциалов, т.е. с понижением энергии Гиббса (dG < 0 ). Как известно, такие процессы происходят самопроизвольно, не требуют за­траты энергии.

2. Активный транспорт - перенос неэлектролитов химического и ионов против градиента химического или электрического потенциала. Этот вид транспорта требует затраты энер­гии и происходит с повышением свободной энергии Гиббса (dG >0 ).

Таким образом, является ли транспорт активным или пассивным зависит от изме­нения свободной энергии транспортируемых веществ (dG ). Если dG - положительная ве­личина, то транспорт активный, если dG - отрицательная величина, имеет место пассив­ный транспорт.

При транспорте заряженных веществ (ионов) dG имеет вид

Z - заряд ионов, F- число Фарадея, Df - трансмембранная разность потенц иалов.

3. Транспорт, сопряженный с изменением архитектуры мембран - экзо и эндоцитоз.