18. Активен пренос през клетъчната мембрана. Основни системи за активен пренос на йони. Функции на активния пренос.

Процесите на пасивен пренос водят до изравняване на концентрациите на пренасяните вещества. Следователно неравновесното разпределение на веществата от двете страни на клетъчната мембрана може да бъде обяснено чрез пренос на молекули и йони от места с по-ниска към места с по-висока концентрация. Такъв пренос се нарича активен пренос, може да се наблюдава само в биологични мембрани, и за това клетката извършва работа и изразходва енергия.

Известни са 4 основни системи за активен пренос на йони  - на Na⁺, K⁺, Ca²⁺ и H⁺ йони.

Системите за активен пренос изпълняват няколко важни функции:

• позволяват на клетката да извлича от околната среда вещества, които се намират там в малки концентрации, и да ги натрупва в клетката;
• вземат участие в регулацията на метаболизма и в поддържането на постоянна концентрация на участвуващите в него вещества независимо от колебанията в състава на околната среда;
• поддържат постоянна и оптимална концентрация в клетката на неорганични електролити;
• осигурява извеждането на йоните на Na⁺ от клетката;
• поддържа постоянно осмотично налягане и обема на вътреклетъчната течност.

Работата, необходима за да се пренасят йони през електрически заредена мембрана може да бъде намерена от уравнението:

където m – е количеството на пренесените грам-йони вещество, R – универсална газова константа, T – термодинамична температура, C₁ и C₂ – концентрацията на йоните от двете страни на мембраната, F – Фарадеево число, φ₁ и φ₂ – трансмембранната потенциална разлика между двете страни на мембраната. Знаците ± показват, че електричният и химичният градиент могат да съвпадат или да са в противоположна посока.

Повечето от хипотезите, обясняващи механизма на активния пренос се основават на предположението, че съществуват специални преносители, които се свързват с даденото вещество и го пренасят през мембраната. Особенно ефективно се извършва преноса когато активния пренос на дадено вещество е движеща сила за активен пренос на друго вещество. Пример за това е т.н. Na/K помпа, чрез която се пренасят Na йони извън клетката и се внасят K йони вътре в клетката (Фиг. 18.1). Na/K помпа може да пренася K и Na йони в съотношение 1:1, 1:2, 1:3.

Фиг. 18.1.

Друга помпа е Са²+ помпа, важна за мускулното съкращение, тъй като промяната в концентрацията на Са²+ йони е пусков механизъм за мускулното съкращение.

Освен активен пренос на минерални йони, съществува и вторично активен пренос на органични вещества като захари, аминокиселини и др.