Механизмы проницаемости биологических мембран

5 Флип-флоп

     Флип-флоп –  это диффузия молекул мембранных  фосфолипидов поперек мембраны. Скорость перескоков молекул  с одной поверхности мембраны  на другую (флип-флоп) определена  методом спиновых меток в опытах  на модельных липидных мембранах  – липосомах. Часть фосфолипидных молекул, из которых формировались липосомы, метились присоединенными к ним спиновыми метками.

     Сначала «нейтрализовались»  неспаренные электроны молекул,  расположенных на внешних поверхностях  липосом, что приводило к уменьшению  числа неспаренных электронов  в два раза. Однако площадь  под спектрами ЭПР продолжала  понижаться, что свидетельствовало  об уменьшении числа неспаренных  электронов. Это объяснялось перескоками  меченных спин-метками молекул  с внутренней поверхности бислойной  мембраны липосомы на внешнюю  – флип-флопом. По скорости уменьшения  интенсивности сигнала ЭПР установлено,  что половина меченых молекул претерпевает флип-флоп примерно за 6,5 часов, поскольку примерно через это время площадь под кривой спектра ЭПР (а следовательно, число неспаренных электронов) уменьшалась в два раза.

     Таким образом,  перескоки молекул с одной  поверхности бислоя на другую (флип-флоп) совершаются значительно  медленнее, чем перескоки при  латеральной диффузии. Среднее время,  через которое фосфолипидная  молекула совершает флип-флоп, в  десятки миллиардов раз больше  среднего времени, характерного  для перескока молекулы из  одного места в соседнее в  плоскости мембраны.

6 Пассивный перенос вещества через биологическую мембрану

     Пассивный  транспорт – это перенос веществ  из мест с большим значением  электрохимического потенциала  к местам с его меньшим значением. Пассивный транспорт всегда осуществляется за счет энергии, сконцентрированной в каком либо градиенте, и энергия метаболических процессов клеток ( энергия гидролиза АТФ ) непосредственно на этот перенос не расходуется. Пассивный транспорт всегда происходит по направлению градиентов, т.е. от более высокого энергетического уровня к более низкому. В результате этого градиенты уменьшаются, если нет других процессов, обеспечивающих их поддержание на постоянном уровне. Часто в клетках одновременно имеется несколько градиентов, которые накладываются друг на друга, - суперпозиция градиентов. В таком случае перенос вещества будет определяться результирующей всех градиентов. Если градиенты имеют одинаковое направление, то результирующий перенос будет равен сумме потоков вещества по отдельным градиентам. В случае двух противоположных по направлению градиентов результирующий перенос вещества будет равен разности потоков по отдельным градиентам и иметь направление, совпадающее с направлением того градиента, абсолютная величина которого больше. Понятно, что при наличии двух равных по абсолютной величине, но противоположных по направлению градиентов результирующий перенос вещества будет равен нулю.

     Основными  градиентами, присущими живым  организмам, являются концентрационные, осмотические, электрические и градиенты  гидростатического давления жидкости.

     В соответствии  с этими градиентами имеются  следующие виды пассивного транспорта  веществ в клетках и тканях: диффузия, осмос, электроосмос и  аномальный осмос, фильтрация.

     Диффузия –  самопроизвольный процесс проникновения  вещества из области большей  в область меньшей его концентрации  в результате теплового хаотического движения молекул.

     Осмос –  это движение молекул воды  через полупроницаемую мембрану  из области меньшей в область  большей концентрации растворенного  вещества.

     Аномальный  осмос – это процесс переноса  воды при одновременном наличии  осмотического и электрического  градиентов.

     Фильтрация  – движение жидкости через  поры какой-либо перегородки под  действие гидростатического давления.

7 Активный транспорт веществ через биологическую мембрану

     Перенос молекул  и ионов против электрохимического  градиента, осуществляемый клеткой  за счет энергии метаболических  процессов, называется активным  транспортом. Осуществляя перенос веществ против градиента, клетка совершает определенную работу, которая называется концентрационной или осмотической. Эта работа состоит, с одной стороны, в накоплении клеткой веществ, присутствующих в окружающей среде в малых количествах, а с другой – в выведении в окружающую среду веществ, которые в самой этой среде присутствуют в высоких концентрациях.

     Большинство гипотез механизма активного переноса базируется на предположении о существовании специальных переносчиков, захватывающих переносимое сквозь мембрану вещество и доставляющих его на другую сторону клеточной мембраны.

     Исходя из  данных, имеющихся к настоящему  времени, активный транспорт веществ  разделяют на два вида: активный  перенос ионов и активный перенос  органических веществ, главным  образом сахаров и аминокислот.  По-видимому, к активному транспорту  следует отнести и такое явление,  как пиноцитоз – «питье клеток», когда вещества поступают в клетку «упакованными» в клеточную мембрану.

     Явление активного  переноса ионов к настоящему  времени обнаружено у большого  количества клеток и тканей.

8 Симпорт, унипорт, антипорт

     Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ:

    Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента

     Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик.

     Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик.

     Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия.

      Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней ( обращенный в просвет кишечника ) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередь создается за счет гидролиза АТФ натрий-калиевой АТФ-азой.

     Антипорт осуществляет, например, натрий-калиевая АТФаза ( или натрий-зависимая АТФаза ). Она переносит в клетку ионы калия, а из клетки – ионы натрия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III Заключение

    

    

     Перемещение веществ в клетку или из нее в окружающую среду может осуществляться многими способами. В зависимости от того, чем представлен источник энергии для переноса веществ, что является движущей силой перемещения, все виды переноса веществ можно разделить на пассивный и активный транспорт. Единство автономности от окружающей среды и одновременно тесной связи с окружающей средой – необходимое условие функционирования живых организмов на всех уровнях их организации. Поэтому важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни – нормальное функционирование биологических мембран

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV Список использованной литературы

 

1 Самойлов В.О., «Медицинская  биофизика», СПБ.: СпецЛит, 2004 г.

2 В.Ф. Антонов, А.М. Черныш, «Биофизика», М., «ВЛАДОС», 2000 г.

3 В.М.Покровский, Г.Ф.Коротько, «Физиология человека», М., «Медицина», 2001 г.

4 Г.И. Косицкий, «Физиология человека», М., «Медицина», 1985 г.

5 Н.И.Губанов, А.А.Утепбергенов, «Медицинская биофизика», М., «Медицина», 1978 г.