Вопрос Строение и функции клеточных мембран. Транспорт веществ через клеточные мембраны.

Билет 1

Мембрана играет большую роль в жизнедеятельности клетки. Одной из функций мембраны является барьерно-транспортная: мембрана определяет потоки веществ, идущих через нее, микросреду, т. е. состав цитоплазмы. Мембрана принимает участие в генерации ПД (потенциала действия), в генерации энергии (например, мембраны митохондрий). Мембраны осуществляют функцию межклеточного взаимодействия — например, передачу сиг- пала от одного нейрона к другому.

ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВА ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

Классификация. Различают прямой и опосредованный транспорт. Прямой — без участия переносчиков, опосредованный — с их участием. Например, перенос глюкозы с участием переносчика. Опосредованный транспорт осуществляется с затратой энергии (активный транспорт) или без затраты энергии (облегченная диффузия). Прямой транспорт всегда идет по типу пассивного транспорта.

Из сказанного ясно, что второй вариант классификации — это выделение двух основных видов транспорта веществ — пассивного и активного.

Третий вариант классификации — транспорт с изменением архитектуры мембраны (экзоцитоз, эндоцитоз) или без изменения структуры мембраны (все остальные виды транспорта).

Четвертый вариант классификации — это транспорт, сопряженный с переносом двух веществ (котранспорт), который может протекать по типу симлорта (два вещества идут в одном направлении — например Na + глюкоза) или по типу антипорта (одно вещество идет в клетку, второе — из клетки или наоборот — Na и К).

Пассивный транспорт. Различают два его вида — простую диффузию и облегченную диффузию. Простая диффузия идет в соответствии с законом Фика — по химическому или электрохимическому градиенту. Например, в клетке натрия 14 ммоль, а в среде — 140 ммоль, в этом случае пассивный поток должен быть направлен в клетку. В живых системах этот вид транспорта используется ограниченно. Кислород, углекислый газ, вода—они могут таким образом осуществлять переход из клетки в среду или наоборот.

Облегченная диффузия проходит по двум вариантам — с участием переносчиков или при наличии специализированных каналов. Обнаружено, что в мембранах, имеются специальные белки-переносчики, которые, специфически связываясь с переносимой молекулой, способствуют ее переносу по градиенту концентрации. Таким образом, затраты энергии не происходит, а путь через мембрану облегчается за счет наличия специфического переносчика.

Ионные каналы — это интегральные белки мембраны, которые выполняют функцию

транспортирующей частицы для соответствующего иона. Селективность канала обеспечивается за счет геометрии канала за счет внутриканально расположенных заряженных частиц. Каждый ионный канал имеет устье, селективный фильтр, ворота и механизм управления воротами.

Калиевые каналы тоже достаточно селективны — в основном пропускают ионы калия. Они блокируются тетраэтиламмонием. Процессы инактивации у них выражены слабо.

Кальциевые каналы — имеют все атрибуты ионного канала (устья, воротный механизм, фильтр). Блокируются ионами марганца, никеля, кадмия (двухвалентные ионы), а также лекарственными веществами — верапамилом, нифедипином, дильтиаземом, которые используются в клинической практике.

Активный транспорт: различают первично-активный транспорт, при котором энергия затрачивается на перенос данного вещества против градиента его концентрации, а также вторично-активный транспорт, при котором энергия на перенос данного вещества (например, молекулы глюкозы) используется за счет механизма переноса другого вещества (например, натрия).

Первично-активный транспорт широко представлен в организме. Это калий-натриевый насос, натрий-водородный обменный механизм и т.д. Суть его состоит в том, что в мембране имеется переносчик, обладающий АТФ-азной активностью, т. е. он способен расщеплять АТФ и высвобождать энергию, которая и затрачивается на перенос вещества.

Вторично-активный транспорт. В основном представлен в энтероцитах, в эпителии почек. Суть его состоит в следующем (на примере переноса молекулы глюкозы). Молекула глюкозы должна войти в клетку, где ее концентрация намного выше, чем в среде. Для того, чтобы это произошло, необходимы затраты энергии. Но тратится энергия, которая ранее была затрачена на перенос натрия.

Эндоцитоз и экэоцитоз. Это варианты транспорта, при которых меняется архитектура мембран. Он осуществляется с затратой энергии. Эндоцитоз — это введение крупномолекулярных частиц из среды в клетку. Один его вариант — фагоцитоз, другой пиноцитоз. Пиноцитоз представляет собой способ усвоения клеткой белковой молекулы без се предварительного гидролиза. Такой механизм, например, имеет место у новорожденных, которые с молоком матери получают антитела (иммуноглобулины), через эитероциты попадающие в организм ребенка, будучи совершенно ненарушенными и способными к выполнению своих функций. Экзоцитоз — это выделение крупных молекул из клетки. Пример тому — выделение квантов медиатора из везикулы в синапсе.