Заттардың активті тасымалдануы. Уссинг тәжірибесі

Активті тасымалдану – бұл заттардың электрохимиялық потенциалы кіші жерден үлкен жерге қарай тасымалдануы.(3.7.-сурет). Мембранада активті тасмалдану кезінде Гиббс энергиясы өз бетінше өте алмайды, ол АТФ макроэргиялық байланыстағы қорланған энергияны шығару арқылы жүреді.

 

3.7.-сурет. Активті тасмалдану схемасы.

 

Биологиялық мембрана арқылы активті транспорттың өтуінің маңызы өте зор. Активті транспорт арқылы организмде концентрация градиенті, электр потенциалының градиенті, қысым градиенті т.б. өмірлік қажетті процесстерді ұстап көмектесіп тұрады. Термодинамикалық көзқарастан қарағанда активті тасымалдану организмді тепе – теңсіздік жағдайда ұстап өмір сүруге көмектеседі.

Биологиялық мембрана арқылы активті транспорттың өтетінін бірінші рет 1949 жылы Уссинг тәжірибесі дәлелдеп берді. Онда құрбақа терісі арқылы натрий иондарының өтуі процесі анықталады.

Уссинг эксперименталды камерасы Рингер ерітіндісімен толтырылып құрбақаның жаңадан алынған терісімен екіге бөлінеді. Суреттегі сол жақтағы құрбақа терісінің сыртқы мукоздың беті, ал оң жағында ішкі – сероздың беті. (3.8.-сурет).

Құрбақа терісі арқылы натрий ионының ағыны: солдан → оңға қарай → сыртқы бетінен ішіне қарай және оңнан солға қарай – ішкі бетінен – сыртқы бетіне қарай өтеді.

 

3.8.-сурет.Уссинг тәжірибесінің схемасы.

(А – амперметр, V – вольтметр, П – потенциометр, Б – тоқ көзі)

 

Пассивті транспортты сипаттайтын Теорелла теңдеуінен, осы процестерді сипаттайтын Уссинг – Теорелла теңдеуі шығады.

(1)
(Рингер ерітіндісін бөліп тұрған құрбақа терісінде потенциалдар (φ_{ішкі –} φ_сырт) айырымы пайда болады, терінің ішкі жағы – сыртқы бетіне қарағанда оң потенциалға ие болады.

Уссинг қондырғысында кернеуді компенсациялайтын блок яғни потенциометр болғандықтан, оның көмегімен құрбақа терісіндегі потенциалдар айырымы 0-ге теңестіріліп отырған, ол вольтметрдің көрсетуімен бақылауда болады. Сонымен қатар терінің ішкі және сыртқы бетіндегі концентрациялар да бірдей етіліп отырады.

С_сырт = С_ішкі

Осындай жағдайда құрбақа терісі арқылы натрий иондарының өтуі тек қана пассивті транспорт арқылы жүзеге асатын болса, онда Уссинг – Теорелла теңдеуіне сәйкес J_ішкі және J_сырт ағындары бір – біріне тең болулары керек етін.

J _{m ішкі} = J_{m сырт}

Мембрана арқылы өткен толық ағын қосындысы нольге тең болуы керек. Бірақ амперметрдің көрсетуі бойынша тәжірибе жағдайында (электр потенциалы мен концентрация градиенті жоқ кезде) құрбақа терісі арқылы электр тогы жүрген, яғни біржақты зарядталған бөлшектердің тасымалдануы болған.

Тағайындалғандай тері арқылы өткен ток сыртқы ортадан ішіне қарай өткен. Таңбалы атом әдісімен дәлелденгендей терінің ішкі жағына қарай аққан натрий ағындары сыртқы бетіне қарай аққан ағынға қарағанда көп болған.

J_{m ішкі} › J_{m сырт}

Бұл үшін эксперименттік камераның сол жағындағы ерітіндіге камерадағы Na²² изотопы, ал оң жағына Na²⁴ изотопы жіберілген. Na²² – изотопы қатты γ кванттарын шығару арқылы ыдырайды, ал Na²⁴ изотопы жұмсақ β – сәулелену арқылы түзіледі.

γ және β – сәулелерін тіркеу Na²² ағынының Na²⁴-ке қарағанда көп екенін дәлелдеді.

Бұл эксперименттік тәжірибе, құрбақа терісі арқылы өтетін Na иондары пассивті транпорттың теңдеуіне бағынбайтынын көрсетті, яғни бұл жерде активті транспорт өтеді.