Transportul activ

Transportul activ

Transportul activ este modalitatea de transfer intracelular al nutrientilor contra gradientului de concentratie, prin care substantele pot fi concentrate de l000 de ori in interiorul celulei, fata de mediul extern. Procesul este totdeauna energizat de o sursa primara de energie(chimica, electrica sau solara^*) si se evidentiaza prin incubarea celulelor in prezenta unui compus marcat radioactiv. Pentru a fi atribuita transportului activ, substanta trebuie sa se acumuleze in aceiasi forma chimica (si nu sub forma unui derivat al sau).

Pentru aminoacizi, dovada se obtine mai usor, deoarece incorporarea lor in proteine este anevoioasa, dar zaharurile sunt metabolizate rapid si de aceea este necesar blocajul metabolic (prin mutatie sau prin utilizarea unui analog nemetabolizabil).

Transportul activ se realizeaza cu consum de energie, prin intermediul proteinelor membranare de transport. Ele sunt proteine transmembranare si au domenii expuse atat spre citoplasma cat si spre mediul extern. Structural, moleculele transportoare formeaza circa 12 helice care se pliaza pentru a forma un canal transportor (fig. 22). Transportul implica o schimbare conformationala a proteinei, dupa legarea substratului specific.

Fig. 22. Transportul activ. Ca si in cazul difuziei facilitate moleculele proteice purtatoare transporta moleculele prin membrana. Procesul are loc contra gradientului de concentratie si consuma energie pin ATP (Pi = fosfat anorganic). Proteina accesorie conditioneaza functia proteinei de transport (dupa Black, 1996).

Uneori transportul activ este foarte specific, adica pentru fiecare tip de molecula transportata exista o anumita molecula purtator^**, care o preia de pe o fata a membranei si o transfera pe cealalta. Acestea sunt sisteme uniport. Alte sisteme transporta simultan, in acelasi sens o substanta, impreuna cu o alta necesara pentru transport (sisteme simport). A III-a categorie realizeaza concomitent transportul a doua tipuri de molecule, in directii opuse (sisteme antiport) (fig. 23). Transportul activ al multor glucide si aminoacizi in celula bacteriana este dependent de gradientul electrochimic de H⁺ prin membrana plasmatica.

Fig. 23. Reprezentarea schematica a modului de actiune a proteinelor de transport.

Substanta care este transportata se leaga specific^*** cu o proteina membranara purtator, dupa care molecula transportata este eliberata nemodificata chimic, in interiorul celulei.

Substantele transportate activ sunt unele glucide, aminoacizii, acizii organici, ionii anorganici (K⁺, Mg²⁺, SO₄^2- , PO₄^{2- )}. Glucoza este luata prin procese active la unele bacterii, iar la altele, prin sistemul fosfotransferazei.

Sursa de energie a transportului activ are 3 origini: transportorii cuplati leaga transportul la deal al unei molecule cu transportul la vale al alteia; pompele dependente de ATP cupleaza transportul la deal cu hidroliza ATP; pompele dependente de lumina cupleaza transportul la deal cu aportul de energie luminoasa (de exemplu, bacteriorodopsina de halofilelor).

Existenta proteinelor membranare de transport a fost dedusa din cresterea peak-ului electroforetic al proteinelor marcate in prezenta moleculei transportate si din disparitia lor in celulele mutante pentru sistemul respectiv de transport. Prima proteina purtator, identificata printre proteinele membranare solubilizate este proteina sistemului lac la E. coli. Este o proteina inductibila, iar in celulele bacteriene crescute pe mediu cu lactoza, ea reprezinta 4% din totalul proteinelor membranare.

^***Specificitatea proteinelor membranare de transport s-a demonstrat: o singura mutatie genica anuleaza capacitatea bacteriei de a transporta glucide specifice prin membrana.

Transportul activ necesita consum de energie, deoarece transportorii functioneaza pe principiul pompelor concentrative. La bacterii, energia necesara activarii pompelor este rezultatul separarii ionilor de H, de electroni, in grosimea membranei, ceea ce constituie forta proton-motrice. Se creeaza un gradient de concentratie a protonilor intre exteriorul si interiorul celulei. Protonii se concentreaza la exteriorul celulei, iar in interior se concentreaza OH^-. Potentialul electrochimic are rol esential pentru transportul activ.

La bacteriile Gram negative, transportul moleculelor in celula este rezultatul actiunii a doua mecanisme, ambele consumatoare de energie. Moleculele sunt transportate in spatiul periplasmic prin intermediul porinelor, proteine de transport ale membranei externe. Ele permit intrarea ionilor si a metabolitilor cu molecula mica hidrofoba. In spatiul periplasmic, molecula transportata se leaga specific cu o proteina periplasmica, care faciliteaza transportul in citoplasma, pe calea unei proteine purtatoare specifice din membrana celulei. Al III-lea component al sistemului de transport este cel care furnizeaza energia necesara, prin hidroliza ATP. Aceasta clasa de transportori s-au denumit''sisteme ABC''(ATP Binding Cassette).

Celalalt mecanism de transport este reprezentat de sistemul fosfotransferazei.

Adeseori, celulele bacteriene poseda doua tipuri de sisteme de transport:

sisteme constitutive, relativ nespecifice, in conditiile unei relative abundente a nutrientilor;

sisteme inductibile, cu specificitate inalta, active in conditii de stres, provocat de deficitul substantelor nutritive sau indus de substante toxice.