§13. Натрий-калий сорғысы мысалында белсенді тасымал механизмі
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: натрий-калий сорғысы мысалында белсенді тасымал механизмін түсіндіру.
Белсенді және енжар жасушалық тасымал арасында қандай айырмашылық бар? Жасуша мембранасы неден тұрады? Жасуша мембранасы цитоплазма және қоршаған орта жағынан қандай зарядты? Жасуша мембранасының зарядын қандай құрылымдар қамтамасыз етеді?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 9-сыныпқа арналған оқулықтан 13-параграфты; 10-сыныптан 15-параграфты қайталау керек.
Жасуша қабықшасы. Кез келген жасушаның міндетті бөлігі қабықша мен цитоплазма екені естеріңде болар. Цитоплазмада тіршілікті қамтамасыз ететін бүкіл үдерістер кешені жүреді. Қабықша жасушаны қоршаған ортадан шектейді.
«Жасуша қабықшасы» деген түсініктің өзі бір ғана бөлінбейтін нәрсе емес. Ол мүлде әртүрлі үш немесе екі дербес құрылымнан тұруы ықтимал. Олардың әрқайсысы жасуша қабықшасының бөлігі болып есептелуі не жасуша қабықшасы деп аталуы мүмкін. Жасуша қабырғасы, жасушаның сыртқы мембранасы (плазмалық мембрана немесе плазмолемма) және көптеген прокариоттарға тән сілемейлі капсула туралы айтылып жатыр.
Жасуша қабырғасы – қатты құрылым. Сондықтан өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда және бактерияларда жасуша өз пішінін өзгерте де және сәйкесінше жиырыла да алмайды. Жануарлар жасушасының қабырғасы болмайды. Бұл – көпжасушалы жануарлардың қозғалуының (бұлшық ет жасушаларының жиырылуы есебінен), ал көпжасушалы саңырауқұлақтар мен өсімдіктердің қозғала алмауының бір себебі. Бұл кезде біржасушалы өсімдіктер және кейбір жануарлар бактериялар сияқты сұйық ортада қозғалу органоидтері – талшықтары, мысалы, инфузориялар мен кірпікшелері арқылы қозғала алады. Өсімдіктерде жасуша қабырғасы, негізінен, целлюлозадан, ал саңырауқұлақтарда – хитиннен, көптеген бактерияларда – муреиннен тұрады.
Плазмалық мембрана барлық жасушаларда бар, оның құрылысы да біркелкі. Әртүрлі ағза топтарында сыртқы жасуша мембранасының құрамы, құрылысы мен қызметінде белгілі бір ұқсастық болады. Оларға бір немесе екі мембранасы бар әртүрлі эукариоттық органоидтердің мембраналарының құрылысы да ұқсас.
11-сурет. Фосфолипидтің сызбанұсқасы: I – химиялық формула; II – полярлы кішкене басы бар және гидрофобты құйрықты молекула; III – судағы фосфолипид
Жасушаның пайда болуы туралы оларда цитоплазмалық мембрана, плазмалық мембрана немесе плазмолемма деп атайтын сыртқы жасуша мембранасы (СЖМ) түзілгеннен бастап айтуға болады.
СЖМ және көптеген жасушаішілік мембрана қалыңдығы 8 нм (сирек жағдайда 7–10 нм) болады. Көпжасушалы ағзаларда көрші жасушалардың мембраналары цитоплазмалары қосылатын саңылаулар арқылы бөлінеді.
Көпжасушалы ағзаларда мембрана нәруыз молекуласы бар фосфолипидтердің екі молекулалы қабатынан тұратыны дәлелденген (11-сурет). Ертеректегі зерттеушілердің пікірі бойынша нәруыз қабаты тұтас, олар фосфолипидтердің ішінде және сыртында екі «тұтас» қабат құрайды. Ал басқа қазіргі уақыттағы көзқарас бойынша нәруыз «тұтас» екі қабатқа ие емес. Олар липидтер қабатында қалқып жүретін, батып және жартылай батып тұратын кейбір нәруыз молекулаларынан тұрады. Басқаша айтқанда, липидтер қабатын тесіп өтетін нәруыз кешендері – нәруыз-өзекшелер деп аталады (12-сурет). Олар арқылы белсенді тасымал жолымен әртүрлі иондар тасымалданады.
12-сурет. Мембрананың құрылысы. А – мембрананың сұйықтық-теңбiлдi үш өлшемдiк бейнеленуi. Ә – оның жазықтықтық бейнеленуi. Гликопротеиндер және гликолипидтер мембрананың тек қана сыртқы үстiңгi бетімен байланысқан
Nа+/K+ сорғысының жұмысы аяғына дейін зерттелмеген. Бірақ «нәруыз-өзекшеге» міндетті үш құрамбөлік кіреді:
1.Ферментті орталық – бұл үдерістің міндетті қатысушысы Nа+/K+-АТФаза – энергия бөлініп, АТФ молекулаларының гидролизін (ыдырау) қамтамасыз ететін фермент. Нәтижесінде цитоплазмаға 2 ион K+ сорылып, 3 ион Nа+ шығарылады. Басқа мәліметтер бойынша K+ 1 ионына Nа+ 2 ионы дұрыс келеді. Әрине, тірі жасушаның мембранасынан өткен әрбір ионды санау техникалық оңай емес. Сондықтан иондардың саны туралы мәлімет біршама өзгермелі. Бірақ бұл тірі жасуша мембранасы әрдайым сыртынан оң, ал ішінен Nа+/K+-сорғысының жұмысына байланысты теріс зарядталатынын жоққа шығармайды.
2. Ион өзегі – иондардың мембрананың фосфолипидті қабаты арқылы тесіп өтуін тікелей қамтамасыз ететін құрылым. Негізі бұл – қандай да бір «жеке құрылым» емес, АТФаза нәруыз-ферментінің өзі. Өзінің кеңістіктік құрылымын өзгертіп, иондарды қосып алып, «аударылып», мембрананың басқа жағынан иондарды шығаруға қабілетті.
3. Иондардың кері ағып өтуіне кедергі келтіретін қандай да бір құрылымдар (концентрация градиенті, яғни енжар тасымал бойынша). «Құлақша» (клапан) рөлін атқаратын, иондардың «кері ағып өтуіне» мүмкіндік бермейтін қандай да бір биохимиялық құрамбөліктер.
Белсенді тасымалды жүзеге асыратын «сорғылардан» басқа мембранада диффузия типі бойынша енжар тасымал жүретін құрылымдар («саңылаулар» немесе нәруыз молекулалары) болатынын есте сақтау керек. Яғни калий иондарының бір бөлігі, олардың цитоплазмадағы концентрациясы қоршаған кеңістікке қарағанда шамамен 20 есе жоғары болатындықтан жасушаны тастап кетеді. Бірақ диффузия үдерісі тұрақты, енжар, энергия жұмсамай жүреді. Ол жасуша тіршілігін жойған соң да, мембрана ішіндегі және сыртындағы иондардың мөлшері теңескенше жүре береді. Сондықтан жасуша үшін тіршіліктің сенімді белгісі мембраналық потенциал болып табылады. Егер мембрана бетіндегі заряд 0 болса, демек, жасуша АТФ өңдеу қабілетін жояды. Ал энергиясыз қалған жүйе өзінің тұрақтылығын сақтай алмайды. Мұндай жасуша бұзылмағанымен тіршілігін жояды.
Білу және түсіну:
1. Белсенді және енжар тасымал дегеніміз не?
2. Nа+/K+ сорғысының жұмысы мен «белсенді тасымал» түсінігі арасындағы байланысты анықтаңдар.
Қолдану:
1. Белсенді және енжар тасымалды салыстырыңдар.
2. Барлық тірі ағзаға энергия қажет болу себептерін атаңдар.
Талдау:
1. Nа+/K+ сорғысының жұмысын сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Nа+/K+ сорғысының үш құрамбөлігінің әрқайсысының рөлін талдаңдар.
Синтез:
1. Nа+/K+ сорғысының жұмысы кезінде басты құрамбөлік Nа+/K+-АТФаза нәруыз-ферменті болып табылатынын талқылаңдар.
2. Оның жұмысын қамтамасыз ететін Nа+/K+-АТФаза нәруыз-ферментінің қасиеттерін жүйелеңдер.
Бағалау:
1. Ғалымдардың мынадай пікірін талқылаңдар: «Nа+/K+-АТФаза нәруыз-ферментінен басқа әртүрлі жасуша органоидтерінің мембранасына басқа нәруыз-өзекшелер кіреді. Мысалы, митохондрияда Н+-АТФаза болады. Бұлшық ет жасушалары мембранасының ЭПТ-сында Са+– АТФаза болады».
2. Nа+/K+– АТФаза нәруыз-ферментінің белсенділігіне кедергі келтіретін химиялық заттардың қолданылу салдарын бағалаңдар.