Транспорт речовин через біологічні мембрани

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

"ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ біологічних мембранах"

ПЛАН ДОПОВІДІ

1. Основні факти про будову клітинної мембрани.

2. Перенесення малих молекул через мембрану. Введення.

3. Пасивний транспорт за допомогою білкових каналів і

білків переносників. Дифузія через мембрану.

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

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

осмотичного тиску в клітині.

6. Транспорт за рахунок іонних градієнтів.

Сімпорт, антіпорт.

7. Транспорт шляхом векторного перенесення груп.

8. Обмінники. Регулювання pH.

9. Наскрізний транспорт через клітини кишечника.

10. Механізм дії деяких гармонії.

11. Перенесення макромолекул і частинок.

12. Висновок.

1. ОСНОВНІ ФАКТИ Про Будова клітинної МЕМБРАНИ

Плазматичною мембраною оточує кожну клітину, визначає

її розмір і забезпечує збереження різниці між вмістом

клітини і зовнішнім середовищем. Мембрана служить виявляли високу

фільтром і відповідає за активний транспорт речовин, тобто, пос-

тупленіе в клітину поживних речовин і виведення назовні шкідливих про-

дуктів життєдіяльності. Нарешті, мембрана відповідальна за сприймали

ріятія зовнішніх сигналів, дозволяє клітині реагувати на зовнішні

зміни. Всі біологічні мембрани являють собою ансамблі

ліпідних і білкових молекул, що утримуються разом за допомогою неко-

валентних взаємодій.

1.1. Основу будь-молекулярної мембрани складають молекули

ліпідів, що утворюють бішар. Перші досліди, що підтверджують це, б-

Чи проведені в 1925 році. Формування бішару є особливим

властивістю молекул ліпідів і реалізується навіть поза клітини (рис.

1.1.). Зазначені на даній схемі структури реалізуються самопроіз-

вільно. Найважливіші властивості бішару:

- Здатність до самозбирання - плинність - асиметричність.

1.2. Хоча основні властивості біологічних мембран визначаються-

ються властивостями ліпідного бішару, але більшість спецефічні

функцій забезпечується мембранними білками. Білки виступають в ка-

честве рецепторів і ферментів. З їх допомогою здійснюється транс-

порт через мембрану багатьох речовин. Більшість з них пронизуючи-

ють бішар у вигляді одиночної альфа-спіралі, але є й такі, кото-

рие перетинають його кілька разів (рис. 1.2.). Деякі білки

зв'язуються з мембраною, не перетинаючи бішар, а прикріплений до

тій чи іншій її стороні. Їх називають периферійними мембранними


- 2 -

білками. Багато хто з перефіреріческіх білків пов'язані нековалентними

взаємодіями з трансмембранних білків, але є й такі, ко-

торие мають ковалентний зв'язок з молекулами ліпідів.

Більшість мембранних білків, так само як і ліпідів, спосіб-

ни вільно переміщатися в площині мембрани. Взагалі кажучи,

можливий перехід молекул білків і ліпідів з одного боку мембрани

ни на іншу, відомий як "фліп-флоп" перескок, але він відбувається із-

дит набагато рідше, ніж латеральна дифузія (рис. 1.3.). Відомо,

що одна молекула ліпіду здійснює "фліп-флоп" раз на два тижні,

в той час, як та ж молекула дифундує в площині ліпідного

шару за 1 секунду на відстань дорівнює довжині великої бактеріаль-

ної клітини.

1.3. На поверхні всіх клітин є вуглеводи. Це полі-

сахароїдними і олігосахаридних ланцюга, ковалентно приєднані до

мембранним білкам і ліпідів. Вуглеводи завжди розташовуються на тій

стороні мембрани, яка не контактує з цитозолю. Тобто,

на зовнішніх (плазматичних) мембранах вони приєднуються зовні

клітини.

Функція вуглеводів клітинної поверхні поки невідома, але

представляється ймовірним, що деякі з них беруть участь

у процесах міжклітинного впізнавання.

2. ПЕРЕНЕСЕННЯ МАЛИХ МОЛЕКУЛ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ

Так як внутрішня частина ліпідного шару гидрофобна, він

представляє собою практично непроникний бар'єр для большінс-

тва полярних молекул. Внаслідок наявності цього бар'єру, запобігання утворення-

ращается витік вмісту клітин, однак через це клітина б-

ла вимушена створити спеціальні механізми для транспорту розчи-

рімих у воді речовин через мембрану. Перенесення малих водорозчинних-

мих молекул здійснюється за допомогою спеціальних транспортних

білків. Це особливі трансмембранні білки, кожен з яких відпові-

чає за транспорт певних молекул або груп споріднених мо-

молекул. У клітинах існують також механізми перенесення через мемб-

рану макромолекул (білків) і навіть великих часток. Але до них ми

повернемося пізніше.


- 3 -

2.1. При дослідах з штучними ліпідними бішару було ус-

новлений, що чим менше молекула і чим менше вона утворює по-

огрядних зв'язків, тим швидше вона діфундірует через мембрану (рис.

2.1.). Отже, чим менше молекула і чим більше вона жірорастворіми

(Гідрофобна або неполярні), тим швидше вона буде проникати через

мембрану.

Малі неполярні молекули легко розчиняються і швидко діффун-

діруют. Незаряджені полярні молекули при невеликих розмірах

також розчиняються і дифундують. Важливо, що вода дуже швидко

проникає через ліпідний бішар незважаючи на те, що вона відноси-

тельно нерозчинна у жирах. Це відбувається через те, що її

молекула мала і електрично нейтральна. Отже, мембрани можуть

пропускати воду й неполярні молекули за рахунок простої дифузії.

Але клітці необхідно забезпечити транспортування таких ве-

ществ як цукру, амінокислоти, нуклеотиди, а також багатьох інших

полярних молекул.

Як вже говорилося, за перенесення подібних речовин відповідальні

спеціальні мембранні транспортні білки. Кожен з них призначена-

значене для певного класу молекул а іноді і для певних

ної різновиди молекул. Перші докази спецефічних

транспортних білків були отримані, коли виявилося, що мута-

ції в одному гені у бактерій призводять до втрати здатності транс-

портувати певні цукру через плазматичну мембрану. У

людини є хвороба Цистинурія, при якій відсутня спосіб-

ність транспортувати деякі амінокислоти, зокрема цис-

тин, з сечі або кишечника в кров, - в результаті в нирках обра-

зуются цистинових камені.

Всі вивчені транспортні білки є трансмембранним

білками, поліпептидний ланцюг яких перетинає ліпідний бішар

кілька разів. Всі вони забезпечують перенесення молекул через мембрани

ну, формуючи в ній наскрізні проходи. В основному, транспортні

білки діляться на білки-переносники і каналоутворюючих білки. Пер-

ші взаємодіють з молекулою стерпного речовини і яким-ли-

бо способом переміщають її крізь мембрану. Каналоутворюючих біл-

ки, навпаки, формують у мембрані водні пори, через які

(Коли вони відкриті) можуть проходити речовини (звичайно неорганічні-

Електричні іони відповідного розміру та заряду).


- 4 -

2.2. Якщо молекула не заряджена, то напрям її дифузії

визначається різницею концентрацій по обидва боки мембрани

або градієнтом концентрації. У той же час на напрям руху-

ня зарядженої молекули буде впливати ще й різниця потенціалів

на сторонах мемрани або мембранний потенціал (зазвичай внутрішня

сторона мембрани заряджена негативно щодо зовнішньої).

Враховуючи концентраційний і електричний градієнти Всі каналооб-

разующіе білки і багато білків-переносники дозволяють розчиненим

речовин проходити через мембрани тільки пасивно, тобто, в

напрямі електрохімічного градієнта. Такий вид транспорту

називається пасивним (полегшена дифузія), і не вимагає витрат

енергії.

2.3. Розглянемо докладніше роботу білка переносника, забезпе-

печує пасивний транспорт речовин через клітинну мембрану.

Процес, за допомогою якого білки-переносники пов'язують і транс-

портіруют розчинені молекули, нагадує ферментативну реак-

цію. У білках-переносниках всіх типів є ділянки зв'язування

для транспортується молекули. Коли білок насичений, швидкість

транспортування максимальна. Зв'язування може бути блокируемой як

конкурентними інгібіторами, (конкуруючими за ту саму ділянку

зв'язування), так і не конкурентними інгібіторами, зв'язуються

в іншому місці і впливають на структуру переносника. Молекулярний

механізм роботи білків переносників поки не відомий. Предполага-

ється, що вони переносять молекули, зазнаючи оборотні конформен-

ційні зміни, які дозволяють їх ділянкам зв'язування рас-

покладатися поперемінно то на одній, то на іншому боці мембрани

(Рис. 2.2.). На даній схемі представлена ​​модель, що показує,

як конформаційні зміни в білку могли б забезпечити обліг-

ченную дифузію розчиненого речовини. Білок переносник може

складатися у двох конформаційних станах "пінг" і "понг". Пере-

хід між ними здійснюється випадковим чином і повністю обра-

тім. Однак, ймовірність зв'язування молекули транспортується

речовини з білком набагато вище в стані "пінг". Тому молі-

кул, переміщених в клітку, буде набагато більше ніж тих, які

її залишать. Відбувається транспорт речовини з електрохімічного

градієнту.


- 5 -

2.4. Деякі транспортні білки просто переносять якесь чи-

бо розчинена речовина з одного боку мембрани на іншу. Та-

кою перенесення називається уніпортом. Інші білки є контранс-

кравцями системами. У них відбувається:

а) перенесення однієї речовини залежить від одночасного / пос-

вательно / перенесення іншої речовини у тому ж напрямку

(Сімпорт).

б) перенесення однієї речовини залежить від одночасного / пос-

вательно / перенесення іншої речовини в протилежному

напрямку (антіпорт).

Наприклад, більшість тварин клітин поглинає глюкозу з

позаклітинної рідини, де її концентрація висока шляхом пасивно-

го транспорту здійснюваного білком, який працює як уні-

порт. У той же час, клітини кишечника і нирок поглинають її з будь-

менального простору кишечника і з ниркових канальців, де її

концентрація дуже мала, за допомогою сімпорта глюкози та іонів Na.

(Рис. 2.3.)

Отже, ми розглянули осноание види пасивного транспорту ма-

лих молекул через біологічні мембрани.

2.5. Часто буває необхідним забезпечити перенесення через мемб-

рану молекул проти їх електрохімічного градієнта. Такий про-

цес називається активним транспортом і здійснюється білками-пе-

реносчікамі, діяльність яких вимагає витрат енергії. Якщо

пов'язати білок-переносник з джерелом енергії, можна отримати ме-

ханізм, який би активний транспорт речовин через мембрану.

(Рис. 2.4.).

Одним з головних джерел енергії в клітині є гідро-

ліз АТФ до АДФ і фосфату. На цьому явищі заснований важливий для жит-

недіяльному клітини механізм (Na + K)-насос (рис. 2.5). Він слу-

жит прекрасним прикладом активного транспорту іонів. Концентрація

K всередині клітини в 10-20 разів вище, ніж зовні. Для Na картина

протилежна. Таку різницю конценрацій забезпечує робота

(Na + K)-насоса, який активно перекачує Na з клітини, а K в

клітку. Відомо, що на роботу (Na + K)-насоса витрачається майже

третину всієї енергії необхідної для життєдіяльності клітини. Ви-

шеуказанная різниця концентрацій підтримується з наступними

цілями:


- 6 -

1) Регулювання об'єму клітин за рахунок осмотичних ефектів.

2) Вторинний транспорт речовин (буде розглянуто нижче).

Досвідченим шляхом було встановлено, що:

1) Транспорт іонів Na і K тісно пов'язаний з гідролізом АТФ і

не може здійснюватися без нього.

2) Na і АТФ повинні знаходитися усередині клітини, а K зовні.

3) Речовина уабаін інгібує АТФазу тільки перебуваючи поза

клітини, де він конкурує за ділянку зв'язування з K.

(Na + K)-АТФаза активно транспортує Na назовні а K всередину

клітини. При гідролізі однієї молекули АТФ три іона Na викачуються

з клітки а два іони K потрапляють до неї (рис. 2.6.).

1) Na зв'язується з білком.

2) Фосфорилювання АТФази індукує конформаційні

зміни в білку, в результаті чого '

3) Na переноситься на зовнішню сторону мембрани і вивільненим-

жується.

4) Зв'язування K на зовнішній поверхні.

5) дефосфорілірованіе.

6) Вивільнення K і повернення білка в початкове відбутися у-

яніе.

По всій імовірності в (Na + K)-насосі є три ділянки свя-

зиванія Na і дві ділянки зв'язування K. (Na + K)-насос можна зас-

тавити працювати в протилежному напрямку і синтезувати

АТФ. Якщо збільшити концентрації іонів з відповідних сторін

від мембрани, вони будуть проходити через неї у відповідності зі сво-

ними електрохімічними градієнтами, а АТФ буде синтезуватися

з ортофосфата і АДФ з допомогою (Na + K)-АТФази.

2.6. Якщо б у клітини не існувало систем регуляції осмо-

тичного тиску, то концентрація розчинених речовин всередині

неї виявилася б більше їх зовнішніх концентрацій. Тоді концентра-

ція води в клітині була б меншою, ніж її концентрація зовні.

Внаслідок цього, відбувався б постійний приплив води в клітину і

її розрив. На щастя, тваринні клітини і бактерії контролюють ос-

мотіческое тиск у своїх клітинах за допомогою активного викачуючи-

ня неорганічних іонів таких як Na. Тому їх загальна концент-

рація всередині клітини нижче ніж зовні.


- 7 -

Клітини рослин мають жорсткі стінки, які оберігають

їх від набухання. Багато найпростіші уникають розриву від поступаю-

щей всередину клітини води за допомогою спеціальних механізмів, які

регулярно викидають надходить воду.

2.7. Іншим важливим видом активного транспорту є ак-

тивний транспорт за допомогою іонних градієнтів (рис. 2.7.). Такий

тип проникнення через мембрану здійснюють деякі транс-

кравці білки, що працюють за принципом сімпорта або антіпорта з

якими-небудь іонами, електрохімічний градієнт яких доста-

точно високий. У тваринних клітинах контранспортіруемим іоном зазвичай

є Na. Його електрохімічний градієнт забезпечує енергією

активний транспорт інших молекул. Для прикладу розглянемо роботу

насоса, який перекачує глюкозу. насос випадковим чином ос-

ціллірует між станами "пінг" і "понг". Na зв'язується з

білком в обох його станах і при цьому збільшує спорідненість

останнього до глюкози. Поза клітини приєднання Na, а значить і

глюкози, відбувається частіше, аніж всередині. Тому глюкоза перекачуючи-

ється в клітку.

Отже, поряд з пасивним транспортом іонів Na відбувається

сімпорт глюкози. Строго кажучи, необхідна енергія для роботи

цього механізму запасається в ході роботи (Na + K)-насоса у вигляді

електрохімічного потенціалу іонів Na. У бактерій і рослин

більшість систем активного транспорту такого виду використовують в

Як контранспортіруемого іона іон H. Наприклад, транспорт

більшої частини цукрів і амінокислот в бактеріальні клітини Обус-

лові градієнтом H.

2.8. Один з найцікавіших способів активного транспорту

полягає в тому, щоб будь-яким чином утримати всередині клітини

молекулу, що увійшла туди відповідно до свого електрохімічним

потенціалом.

Так, деякі бактерії фосфорилируют молекули окремих са-

Харов, в результаті чого вони заряджаються і не можуть вийти назад.

Такий вид транспорту називається векторним перенесенням груп.

2.9. Для наскрізного транспорту речовин через клітку суті-

ють особливі механізми. Наприклад, в плазматичній мембрані клітин


- 8 -

епітелію кишечника білки-переносники розподілені асиметрично.

(Рис. 2.8.). Завдяки цьому, забезпечується транспорт глюкзи

крізь клітку в позаклітинне рідина звідки вона надходить у

кров. Глюкоза проникає в клітину за допомогою сімпорта, контранс-

кравцем іоном в якому є Na, і виходить з неї шляхом про-

легченной дифузії за допомогою іншого транспортного білка.

2.10. Розглянемо деякі додаткові функції транспор-

теров працюють за принципом антіпорта. Майже всі клітини позво-

нічних мають у складі своєї плазматичної мемрани (Na + H) пе-

реносчік-обмінник. Цей механізм регулює pH всередині клітини. Ви-

вод іонів H з клітки пов'язаний з транспортуванням до неї іонів Na.

При цьому збільшується значення pH всередині клітини. Такий обмінник

має особливий регуляторний ділянку, який активізує його робо-

ту при зменшенні pH. Поряд з цим, у багатьох клітин є меха-

нізм, що забезпечує зворотний ефект. Це (Cl + HCO)-обмінник,

який зменшує значення pH.

2.11. Одним з найбільш цікавих прикладів транспорту речовин

через біологічні мембрани є взаємодія гормонів з

клітиною. Як відомо, гормонами називають спецефічні хімічна-

Електричні з'єднання, які роблять значний вплив на процес-

си обміну речовин і функціонування органів. На відміну від фер-

ментів або вітамінів гормони не змінюють швидкість окремих реак-

цій, а суттєво впливають на якісь фундаментальні процеси в ор-

організми, які потім позначаються на самих різних сторонах

життєдіяльності організму.

Деякі види гормонів проникають у клітину і регулюють у

ній синтез інформаційних РНК. Інші гормони, звані пептид-

ми (інсулін, гормон росту) взаємодіють із спеціальними

мембранними білками, які, у свою чергу, продукують у кліть-

ке речовини, що впливають на деякі відбуваються в ній.

3. ПЕРЕНЕСЕННЯ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ макромолекул і ЧАСТИНОК

На закінчення розглянемо основні механізми транспортування

через біологічні мембрани великих частинок і макромолекул.


- 9 -

Процес поглинання макромолекул клітиною називається ендоціто-

зом. У загальних рисах механізм його протікання такий: локальні

ділянки плазматичної мембрани впячивается і замикаються, утворюючи

ендоцітозний бульбашка (рис. 2.9.), потім поглинена частка зви-

але потрапляє в лізосоми і піддається деградації.

* * *

Не можна перебільшити роль транспорту речовин через плазматі-

чний мембрану в життєдіяльності клітини. Більшість процес-

сов, пов'язаних із забезпеченням клітини енергією і позбавленням її від

продуктів розпаду, засновані на вищеописаних механізмах. Крім

того, спеціальні функції клітинної мембрани полягають в напів-

чении клітиною зовнішніх сигналів (прикладом цього можуть служити опи-

санні взаємодії клітини з гормонами).

Л І Т Е Р А Т У Р А

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. та ін Молекулярна біологія

клітини. У 3-х томах. Том 1. М., Мир, 1994.

Зоммер К. Акумулятор знань з хімії. М., Мир, 1985.

Хімія. Курс для середньої школи. Пер. з англ. під ред.

Г. Д. Вовченко. М., Мир, 1971.

Філліпповіч Ю.Б. Основи біохімії. М., Вища школа, 1985.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Медицина | Реферат
37.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Реферат - Фізіологія Транспорт речовин через біологічні мембрани
Біологічні мембрани
Транспорт через мембрану клітини
Хлорний транспорт Транспорт нейромедіаторів
Морський транспорт Транспорт як
Ферменти біологічної мембрани
Фонон - квант біологічної клітинної мембрани
Єдність організму і навколишньогосередовища Обмін мінеральних речовин Обмін речовин і енергії
Єдність організму і навколишньогосередовища Обмін мінеральних речовин Обмін речовин і енергії 2
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru