Меню сайта

Перенос малых молекул через мембрану

Так как внутренняя часть липидного слоя гидрофобна, он

представляет собой практически непроницаемый барьер для большинс-

тва полярных молекул. Вследствие наличия этого барьера, предотв-

ращается утечка содержимого клеток, однако из-за этого клетка бы-

ла вынуждена создать специальные механизмы для транспорта раство-

римых в воде веществ через мембрану. Перенос малых водораствори-

мых молекул осуществляется при помощи специальных транспортных

белков. Это особые трансмембранные белки, каждый из которых отве-

чает за транспорт определенных молекул или групп родственных мо-

лекул. В клетках существуют также механизмы переноса через мемб-

рану макромолекул (белков) и даже крупных частиц. Но к ним мы

вернемся позднее.

2.1. При опытах с искусственными липидными бислоями было ус-

тановлено, что чем меньше молекула и чем меньше она образует во-

дородных связей, тем быстрее она дифундирует через мембрану (рис.

2.1.). Итак, чем меньше молекула и чем более она жирорастворима

(гидрофобна или неполярна), тем быстрее она будет проникать через

мембрану.

Малые неполярные молекулы легко растворимы и быстро диффун-

дируют. Незаряженные полярные молекулы при небольших размерах

также растворимы и диффундируют. Важно, что вода очень быстро

проникает через липидный бислой несмотря на то, что она относи-

тельно нерастворима в жирах. Это происходит из-за того, что ее

молекула мала и электрически нейтральна. Итак, мембраны могут

пропускать воду и неполярные молекулы за счет простой диффузии.

Но клетке необходимо обеспечить транспортировку таких ве-

ществ как сахара, аминокислоты, нуклеотиды, а также многих других

полярных молекул.

Как уже говорилось, за перенос подобных веществ ответственны

специальные мембранные транспортные белки. Каждый из них предназ-

начен для определенного класса молекул а иногда и для определен-

ной разновидности молекул. Первые доказательства спецефичности

транспортных белков были получены, когда обнаружилось, что мута-

ции в одном гене у бактерий приводят к потере способности транс-

портировать определенные сахара через плазматическую мембрану. У

человека есть болезнь цистинурия, при которой отсутствует способ-

ность транспортировать некоторые аминокислоты, в частности цис-

тин, из мочи или кишечника в кровь, - в результате в почках обра-

зуются цистиновые камни.

Все изученные транспортные белки являются трансмембранными

белками, полипептидная цепь которых пересекает липидный бислой

несколько раз. Все они обеспечивают перенос молекул через мембра-

ну, формируя в ней сквозные проходы. В основном, транспортные

белки делятся на белки-переносчики и каналообразующие белки. Пер-

вые взаимодействуют с молекулой переносимого вещества и каким-ли-

бо способом перемещают ее сквозь мембрану. Каналообразующие бел-

ки, напротив, формируют в мембране водные поры, через которые

(когда они открыты) могут проходить вещества (обычно неорганичес-

кие ионы подходящего размера и заряда).

2.2. Если молекула не заряжена, то направление ее диффузии

определяется разностью концентраций по обеим сторонам мембраны

или градиентом концентрации. В то же время на направление движе-

ния заряженной молекулы будет влиять еще и разность потенциалов

на сторонах мемраны или мембранный потенциал (обычно внутренняя

сторона мембраны заряжена отрицательно относительно наружной).

Учитывая концентрационный и электрический градиенты Все каналооб-

разующие белки и многие белки-переносчики позволяют растворенным

веществам проходить через мембраны только пассивно, то есть, в

направлении электрохимического градиента. Такой вид транспорта

называется пассивным (облегченная диффузия), и не требует затрат

энергии.

2.3. Рассмотрим подробнее работу белка переносчика, обеспе-

чивающего пассивный транспорт веществ через клеточную мембрану.

Процесс, с помощью которого белки-переносчики связывают и транс-

портируют растворенные молекулы, напоминает ферментативную реак-

цию. В белках-переносчиках всех типов имеются участки связывания

для транспортируемой молекулы. Когда белок насыщен, скорость

транспортировки максимальна. Связывание может быть блокируемо как

конкурентными ингибиторами, (конкурирующими за тот же участок

связывания), так и не конкурентными ингибиторами, связывающимися

в другом месте и влияющими на структуру переносчика. Молекулярный

механизм работы белков переносчиков пока не известен. Предполага-

ется, что они переносят молекулы, претерпевая обратимые конформа-

Перейти на страницу: 1 2 3

Читайте больше >>>

Причины и профилактика наркомании
"Наркомания это болезнь, но без одной стадии – полного выздоровления". Злоупотребление наркотиками, известное с древнейших времен, сейчас распространилось в размерах, трево ...

Средства визуализации изображений в компьютерной томографии и цифровых рентгенографических системах
Древняя латинская поговорка гласит: «Diagnosis cetra - ullae therapiae fundamentum» («Достоверный диагноз - основа любого лечения»). На протяжении многих веков усилия врачей были направлены на решен ...

Санаторно-курортное лечение
Естественные, или природные, лечебные факторы включают климат, минеральные воды и лечебные грязи. В природе они распределены неравномерно. Местности, располагающие природными лечебными факторами (минеральные ...

Роль сахарозы в питании человека
Сахарный тростник, из которого до сих пор получают сахарозу, описан еще в хрониках о походах Александра Македонского в Индию. В 1747 г. А. Марграф получил сахар из сахарной свеклы, а его ученик Ахард вывел сор ...