Електрохимични градиенти и вторично-активен транспорт

Във видеото за калиево-натриевата помпа говорихме за това как тя помага на клетката да установи мембранния си потенциал на покой. Това става чрез активно изпомпване на три натриеви йона извън клетката и на два калиеви йона във вътрешността на клетката. Имаме съотношение три към две, но единствено то не може да създаде мембранния потенциал на покой. Освен калиево-натриевата помпа, калиеви йони могат да излязат извън клетката чрез дифузия по посока на концентрационния им градиент. Те преминават отвън навътре. Естествено има балансираща сила или балансиращ фактор – това е зарядът. Ако външната страна е по-положителна от вътрешната, положително заредените йони, каквито са калиевите йони, няма да искат да отидат там горе. Причината е техният положителен заряд. Тук е по-положително, отколкото тук. Всъщност калиевите йони ще искат да се върнат в клетката, но заради концентрационния си градиент ще се блъскат в долната част на този канал по-често, отколкото в горната част. Ще се постигне баланс. Те ще започнат да дифундират, но няма да се стигне до изравняване на концентрациите от двете страни на мембраната, защото зарядът ще ги задържа тук (във вътрешността на клетката). А какво се случва с натриевите йони? Натриевите йони се концентрират все повече и повече тук горе. Следователно тук горе зарядът става все по-положителен. Ако нямахме мембрана и ако разглеждахме само концентрацията, натриевите йони естествено щяха да дифундират надолу. Имаме висока концентрация тук и ниска концентрация тук. Ако нямаше мембрана, натриевите йони щяха естествено да преминат от мястото с по-висока концентрация към това с по-ниска. Това е техният концентрационен градиент. Казвали сме, че мембраната е много по-положителна от тази страна, отколкото от тази. Можем да кажем, че има положителна потенциална разлика между тази и тази страна. Следователно положително заредените йони, като тези натриеви йони тук, ще искат да слязат надолу заради заряда си. Има две причини, поради които да искат да преминат от тази страна на мембраната до тази страна на мембраната. Техният концентрационен градиент и техният заряд, електричният потенциал. Има потенциална енергия, която идва от желанието им да избягат от всички тези положителни заряди. Комбинираната мотивация на натриевите йони да се придвижат в тази посока наричаме електрохимичен градиент. Вече го казах веднъж, но ще го повторя. Това е комбинация от електричния градиент и химичния градиент. При химичния градиент имаме по-висока концентрация тук, отколкото тук. Частиците искат да дифундират надолу. Повече частици ще се удрят в тази страна на мембраната, отколкото в тази. Ако я нямаше мембраната, щяхме да имаме нетен поток на натриеви йони надолу. Но ако помислим за електричния потенциал, тази страна е по-положителна от тази. Следователно положителните йони ще искат да се придвижат надолу. Можем да разглеждаме този градиент като източник на потенциална енергия. И клетките наистина използват натриевия електрохимичен градиент като източник на енергия. Да кажем, че този белтък тук е т.нар. симпортер. Това е симпортер. Той използва електрохимичния градиент на един йон, в този случай – натрий, използва това, че натрият много иска да премине през мембраната. Симпортерът използва тази енергия. Представи си как водата, падаща от водопад може да задвижи турбина или мелница. По същия начин симпортерът използва енергията на натрия, който се движи по посока на електрохимичния си градиент. Натрият иска да се придвижи в тази посока по две причини – концентрация и електричен потенциал. Или можем да кажем – електростатичен заряд. Симпортерът използва тази енергия, за да транспортира други неща. Най-известният симпортер е този за натрий и глюкоза. Натрият и глюкозата ще се транспортират заедно. Глюкозата ще бъде транспортирана обратно на концентрационния ѝ градиент. Ако ще пренасяме нещо в посока, обратна на концентрационния му градиент, трябва да използваме активен транспорт. Ще нарисувам концентрационния градиент на глюкозата, за да е по-ясно. Той изглежда така. Имаме висока концентрация в клетката и ниска концентрация извън нея. Клетката може да не иска да пилее всичката тази глюкоза, тя иска да има колкото се може повече глюкоза във вътрешността си. Затова ще е необходим активен транспорт, за да се транспортира глюкозата обратно на концентрационния ѝ градиент. За да се придвижи в тази посока. Но ето тук е и източникът на енергия, благодарение на който ще се извърши транспортът на глюкозата обратно на концентрационния ѝ градиент. Източникът е потенциалната енергия, идваща от електрохимичния градиент на натрия. Транспорт, при който използваме енергия, натрупана благодарение на друг вид активен транспорт – в нашия случай калиево-натриевата помпа, се нарича вторичен активен транспорт. Какво се случва тук? Този симпортер за натрий и глюкоза осъществява вторичен активен транспорт. Вторичен активен транспорт. Използва натрупаната енергия от електрохимичния градиент на един йон. Използва тази натрупана енергия, за да осъществи активен транспорт на друга молекула – глюкоза, обратно на концентрационния ѝ градиент.