Транспорт веществ через биологические мембраны

" ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАННЫ "

ПЛАН ДОКЛАДА

1. Основные факты о строении клеточной мембраны.

2. Перенос малых молекул через мембрану. Введение.

3. Пассивный транспорт с помощью белковых каналов и

белков переносчиков. Диффузия через мембрану.

4. Активный транспорт. ( Na + K )-насос.

5. Роль ( Na + K )-насоса в поддержании допустимого

осмотического давления в клетке.

6. Транспорт за счет ионных градиентов.

Симпорт, антипорт.

7. Транспорт путем векторного переноса групп.

8. Обменники. Регулировка pH.

9. Сквозной транспорт через клетки кишечника.

10. Механизм действия некоторых гармонов.

11. Перенос макромолекул и частиц.

12. Заключение.

1. ОСНОВНЫЕ ФАКТЫ О СТРОЕНИИ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ

Плазматическая мембранна окружает каждую клетку, определяет

ее размер и обеспечивает сохранение различий между содержимым

клетки и внешней средой. Мембрана служит высокоизбирательным

фильтром и отвечает за активный транспорт веществ, то есть, пос-

тупление в клетку питательных веществ и вывод наружу вредных про-

дуктов жизнедеятельности. Наконец, мембрана ответственна за восп-

риятие внешних сигналов, позволяет клетке реагировать на внешние

изменения. Все биологические мембраны представляют собой ансамбли

липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью неко-

валентных взаимодействий.

1.1. Основу любой молекулярной мембраны составляют молекулы

липидов, образующих бислой. Первые опыты, подтверждающие это, бы-

ли проведены в 1925 году. Формирование бислоя является особым

свойством молекул липидов и реализуется даже вне клетки (рис.

1.1.). Указанные на данной схеме структуры реализуются самопроиз-

вольно. Важнейшие свойства бислоя:

- способность к самосборке - текучесть - ассиметричность.

1.2. Хотя основные свойства биологических мембран определя-

ются свойствами липидного бислоя, но большинство спецефических

функций обеспечивается мембранными белками. Белки выступают в ка-

честве рецепторов и ферментов. С их помощью осуществляется транс-

порт через мембрану многих веществ. Большинство из них пронизыва-

ют бислой в виде одиночной альфа-спирали, но есть и такие, кото-

рые пересекают его несколько раз (рис. 1.2.). Некоторые белки

связываются с мембраной, не пересекая бислой, а прикрепляясь к

той или иной ее стороне. Их называют периферическими мембранными

- 2 -

белками. Многие из перефирерических белков связаны нековалентными

взаимодействиями с трансмембранными белками, но есть и такие, ко-

торые имеют ковалентную связь с молекулами липидов.

Большинство мембранных белков, так же как и липидов, способ-

ны свободно перемещаться в плоскости мембраны. Вообще говоря,

возможен переход молекул белков и липидов с одной стороны мембра-

ны на другую, известный как "флип-флоп" перескок, но он происхо-

дит гораздо реже, чем латеральная диффузия (рис. 1.3.). Известно,

что одна молекула липида совершает "флип-флоп" раз в две недели,

в то время, как та же молекула диффундирует в плоскости липидного

слоя за 1 секунду на расстояние равное длине большой бактериаль-

ной клетки.

1.3. На поверхности всех клеток имеются углеводы. Это поли-

сахаридные и олигосахаридные цепи, ковалентно присоединенные к

мембранным белкам и липидам. Углеводы всегда распологаются на той

стороне мембраны, которая не контактирует с цитозолем. То есть,

на внешних (плазматических) мембранах они присоединяются снаружи

клетки.

Функция углеводов клеточной поверхности пока неизвестна, но

представляется вероятным, что некоторые из них принимают участие

в процессах межклеточного узнавания.

2. 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.

- 3 -