Реферат — Фізіологія (Транспорт речовин через біологічні мембраны)

Цей файл узятий із колекції Medinfo internet internet.

Е-mail: [email protected] or [email protected] or [email protected].

FidoNet 2:5030/434 Andrey Novicov.

Пишемо реферати на замовлення — e-mail: [email protected].

У Medinfo вам найбільша російська колекція медичних рефератів, історій хвороби, літератури, навчальних програм, тестов.

Заходьте на internet — Російський медичний сервер для всех!

СХИБ-95.

Д Про До Л, А Д.

тема: «ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАННЫ «.

доповідач: І. Владимирский.

ПЛАН ДОКЛАДА.

1. Основні факти про будову клітинної мембраны.

2. Перенесення малих молекул через мембрану.

Введение

.

3. Пасивний транспорт з допомогою білкових каналів і білків переносників. Дифузія через мембрану.

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

5. Роль (Na + K)-насоса у підтримці припустимого осмотического тиску в клетке.

6. Транспорт з допомогою іонних градиентов.

Симпорт, антипорт.

7. Транспорт шляхом векторного перенесення групп.

8. Обмінники. Регулювання pH.

9. Наскрізний транспорт через клітини кишечника.

10. Механізм дії деяких гармонов.

11. Перенесення макромолекул і частиц.

12.

Заключение

.

1. ОСНОВНІ ФАКТИ Про БУДОВУ КЛІТИННОЇ МЕМБРАНЫ.

Плазматична мембранна оточує кожну клітину, визначає воно і відданість забезпечує збереження різниці між вмістом клітини, і довкіллям. Мембрана служить высокоизбирательным фільтром й відповідає за активний транспорт речовин, тобто, селтупление у клітину поживних речовин та виведення назовні шкідливих продуктов життєдіяльності. Нарешті, мембрана відповідальна за восприятие зовнішніх сигналів, дозволяє клітині реагувати на зовнішні зміни. Усі біологічні мембрани є ансамблі ліпідних і білкових молекул, утримуваних разом із допомогою недовалентных взаимодействий.

1.1. Основу будь-який молекулярної мембрани становлять молекули ліпідів, їхнім виокремленням бислой. До перших спроб, які це підтверджують, бчи проведено 1925 року. Формування бислоя є особливою властивістю молекул ліпідів й реалізується навіть поза клітини (рис.

1.1.). Зазначені на такій схемі структури реалізуються самопроизвільно. Найважливіші властивості бислоя:

— спроможність до самосборке — плинність — ассиметричность.

1.2. Хоча основні властивості біологічних мембран определяются властивостями ліпідного бислоя, та більшість спецефических функцій забезпечується мембранными білками. Бєлки виступають на качестве рецепторів і ферментів. З їхньою допомогою здійснюється транспорт через мембрану багатьох речовин. Більшість їх пронизывают бислой як одиночній альфа-спирали, але і такі, которые перетинають його кілька разів (рис. 1.2.). Деякі білки пов’язуються з мембраною, не перетинаючи бислой, а прикріпляючись до тій чи іншій її боці. Їх називають периферичними мембранными.

— 2 ;

білками. Чимало з подібних перефирерических білків пов’язані нековалентными взаємодіями з трансмембранными білками, але і такі, доторые мають ковалентну зв’язку з молекулами липидов.

Більшість мембранних білків, як і і ліпідів, спосібны вільно переміщатися у площині мембрани. Власне кажучи, можливий перехід молекул білків і ліпідів з одного боку мембраны в іншу, відомого як «флип-флоп «перескок, але происходит набагато рідше, ніж латеральна дифузія (рис. 1.3.). Відомо, що одне молекула липида робить «флип-флоп «разів у два тижні, тоді, як той самий молекула дифундує у площині ліпідного шару за 1 секунду на відстань однакову довжині великий бактериальіншої клетки.

1.3. На поверхні всіх клітин є вуглеводи. Це полисахаридные і олигосахаридные ланцюга, ковалентно приєднані до мембранным білкам і липидам. Вуглеводи завжди распологаются того боці мембрани, яка контактує з цитозолем. Тобто, на зовнішніх (плазматичних) мембранах вони приєднуються зовні клетки.

Функція вуглеводів клітинної поверхні поки що невідомі, але представляється імовірним, що з них беруть участь у процесах міжклітинного узнавания.

2. ПЕРЕНЕСЕННЯ МАЛИХ МОЛЕКУЛ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ.

Оскільки внутрішня частина ліпідного шару гидрофобна, він являє собою практично непроникний бар'єр для большинства полярних молекул. У результаті наявності цього бар'єра, предотвращается витік вмісту клітин, однак через цього клітина бла змушена створити спеціальні механізми для транспорту растворимых у питній воді речовин через мембрану. Перенесення малих водорастворимых молекул здійснюється за допомогою спеціальних транспортних білків. Це особливі трансмембранные білки, кожен із яких отвесподівається за транспорт певних молекул чи груп родинних молекул. У клітинах є й механізми перенесення через мембрану макромолекул (білків) і навіть великих частинок. Але до них ми повернемося позднее.

— 3 ;

2.1. При дослідах з штучними липидными бислоями було вустановлено, що менше молекула і що менше вона утворює уогрядних зв’язків, то швидше вона дифундирует через мембрану (рис.

2.1.). Отже, що менше молекула і що більш вона жирорастворима.

(гидрофобна чи неполярна), то швидше вона проникати через мембрану.

Малі неполярные молекули легко розчиняються і швидко диффундируют. Незаряджені полярні молекули при невеликих розмірах також розчиняються і дифундують. Важливо, що вода нас дуже швидко проникає через ліпідний бислой як і раніше, що вона відносьтельно нерастворима в жирах. Це наслідок те, що її молекула мала і електрично нейтральна. Отже, мембрани можуть пропускати води і неполярные молекули з допомогою простий диффузии.

Але клітині необхідно забезпечити транспортування таких веществ як цукру, амінокислоти, нуклеотиди, і навіть багатьох інших полярних молекул.

Як мовилося раніше, за перенесення подібних речовин відповідальні спеціальні мембранні транспортні білки. Усі вони предназначен для певного класу молекул котрий іноді для визначеноіншої різновиду молекул. Перші докази спецефичности транспортних білків отримано, коли з’ясувалося, що мутации щодо одного гені у бактерій призводять до втрату здатності транспортировать певні цукру через плазматическую мембрану. Людина є хвороба цистинурия, коли він відсутня спосібность транспортувати деякі амінокислоти, зокрема цистин, з сечі або кишечнику до крові, — врешті на нирках образуются цистиновые камни.

Усі вивчені транспортні білки є трансмембранными білками, полипептидная ланцюг яких перетинає ліпідний бислой кілька разів. Усі вони забезпечують перенесення молекул через мембрану, формуючи у ній наскрізні проходи. Здебільшого, транспортні білки діляться на белки-переносчики і каналообразующие білки. Першиї взаємодіють із молекулою стерпного речовини і каким-либо способом переміщають її крізь мембрану. Каналообразующие білкі, навпаки, формують в мембрані водні пори, через которые.

(що вони відкриті) можуть відбуватися речовини (зазвичай неорганическиє іони підходящого розміру й заряда).

— 4 ;

2.2. Якщо молекула не заряджено, то напрям її дифузії визначається різницею концентрацій по обидва боки мембрани чи градієнтом концентрації. У той самий час на напрям движения зарядженої молекули впливатиме що й різницю потенціалів на сторони мемраны чи мембранний потенціал (зазвичай внутрішня сторона мембрани заряджено негативно щодо наружной).

З огляду на концентраційний і електричний градієнти Усі каналообразующие білки, й багато белки-переносчики дозволяють розчиненим речовин проходити через мембрани лише пасивно, тобто, у бік електрохімічного градієнта. Такий вид транспорту називається пасивним (полегшена дифузія), і вимагає витрат энергии.

2.3. Розглянемо докладніше роботу білка переносника, обеспечивающего пасивний транспорт речовин через клітинну мембрану.

Процес, з допомогою якого белки-переносчики пов’язують і транспортируют розчинені молекули, нагадує ферментативну реакцию. У белках-переносчиках всіх типів є ділянки зв’язування для транспортованої молекули. Коли білок насичений, швидкість транспортування максимальна. Зв’язування то, можливо блокируемо як конкурентними інгібіторами, (конкуруючими за ж ділянку зв’язування), не конкурентними інгібіторами, связывающимися іншому місці і впливають на структуру переносника. Молекулярний механізм роботи білків переносників доки відомий. Предполагается, що вони переносять молекули, зазнаючи оборотні конформационные зміни, що дозволяють їх ділянкам зв’язування распокладатися поперемінно то, на однієї, то, на боці мембраны.

(рис. 2.2.). На такій схемі представлена модель, показує, як конформаційні зміни у білці міг би забезпечити облегченную дифузію розчиненої речовини. Білок переносник може полягати у двох конформационных станах «пінг «і «понг ». Перехід з-поміж них здійснюється випадково й цілком обратім. Проте, ймовірність зв’язування молекули транспортованого речовини з білком значно вищий може «пінг ». Тому молікул, переміщених у клітину, буде вулицю значно більше ніж тих, що її залишать. Відбувається транспорт речовини по электрохимическому градиенту.

— 5 ;

2.4. Деякі транспортні білки просто переносять какое-либо розчин з одного боку мембрани в іншу. Тадідька лисого перенесення називається унипортом. Інші білки є контранскравцями системами. Вони відбувається: а) перенесення одного речовини залежить від одночасного / последовательного / перенесення іншого речови ни у тому направлении.

(симпорт). б) перенесення одного речовини залежить від одночасного / последовательного / перенесення іншого речовини у напрямі (антипорт).

Наприклад, більшість тварин клітин поглинає глюкозу з внеклеточной рідини, де його концентрація висока шляхом пасивного транспорту здійснюваного білком, який працює як унипорт. У той самий час, клітини кишечника і нирок поглинають їх із люменального простору кишечника і з ниркових канальцев, де його концентрація дуже мала, з допомогою симпорта глюкози і іонів Na.

(рис. 2.3.).

Отже, ми розглянули осноаные види пасивного транспорту малолых молекул через біологічні мембраны.

2.5. Часто буває необхідним забезпечити перенесення через мембрану молекул проти їх електрохімічного градієнта. Такий процесс називається активним транспортом здійснюється белками-переносчиками, діяльність яких вимагає і витрат енергії. Якщо зв’язати белок-переносчик з джерелом енергії, можна отримати роботу механизм, який би активний транспорт речовин через мембрану.

(рис. 2.4.).

Однією із визначальних джерел енергії у клітині є гідроліз АТФ до АДФ і фосфату. У цьому явище грунтується значущий жизнедеятельности клітини механізм (Na + K)-насос (рис. 2.5). Він служит прекрасним прикладом активного транспорту іонів. Концентрация.

K всередині клітини в 10−20 разів більше, ніж зовні. Для Na картина протилежна. Таку різницю конценраций забезпечує работа.

(Na + K)-насоса, який активно перекачує Na з клітки, а K у клітину. Відомо, що у роботу (Na + K)-насоса витрачається мало не третину всієї енергії яка потрібна на життєдіяльності клітини. Вишеуказанная різницю концентрацій підтримується з такими целями:

— 6 ;

1) Регулювання обсягу клітин з допомогою осмотических эффектов.

2) Вторинний транспорт речовин (розглядатимуть ниже).

Досвідченим шляхом було встановлено, что:

1) Транспорт іонів Na і K тісно пов’язані з гидролизом АТФ не може здійснюватися без него.

2) Na і АТФ має перебувати всередині клітини, а K снаружи.

3) Речовина уабаин ингибирует АТФазу лише перебуваючи поза клітини, де зараз його 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 через два іона K потрапляють у неї (рис. 2.6.).

1) Na пов’язують із белком.

2) Фосфорилування АТФазы індукує конформаційні зміни у білці, у результаті ъ.

3) Na переноситься на зовнішній бік мембрани і высвобождается.

4) Зв’язування K зовнішньому поверхности.

5) Дефосфорилирование.

6) Вивільнення K і повернення білка у початковий состояние.

Цілком імовірно в (Na + K)-насосе є три ділянки связывания Na і двоє ділянки зв’язування K. (Na + K)-насос можна зазтавить працювати у протилежному напрямку і синтезировать.

АТФ. Якщо збільшити концентрації іонів з відповідних сторін від мембрани, проходитимуть неї відповідно до своними електрохімічними градиентами, а АТФ буде синтезуватися з ортофосфата і АДФ з допомогою (Na + K)-АТФазы.

2.6. Якби клітини немає систем регуляції осмотического тиску, то концентрація розчинених речовин в ній виявилося б більше їх зовнішніх концентрацій. Тоді концентрация води у клітині була меншою, ніж її концентрація снаружи.

У результаті, відбувався постійний приплив води у клітину і його розрив. На щастя, тварини клітини, і бактерії контролюють осмотическое тиск у своїх клітинах з допомогою активного выкачивания неорганічних іонів як-от Na. Тому і загальна концентрація всередині клітини нижче ніж снаружи.

— 7 ;

Клітини рослин мають жорсткі стінки, що уберігають їхню відмінність від набрякання. Багато найпростіші уникають розриву від чинющей всередину клітини води з допомогою спеціальних механізмів, які регулярно викидають що надходить воду.

2.7. Іншою важливою виглядом активного транспорту є активный транспорт з допомогою іонних градієнтів (рис. 2.7.). Такий тип проникнення через мембрану здійснюють деякі транскравці білки, працюючи за принципом симпорта чи антипорта з якимись іонами, електрохімічний градієнт яких достаточно високий. У тварин клітинах контранспортируемым іоном зазвичай є Na. Його електрохімічний градієнт забезпечує енергією активний транспорт інших молекул. Наприклад розглянемо роботу насоса, який перекачує глюкозу. насос випадково осциллирует між станами «пінг «і «понг ». Na пов’язують із білком в обох його станах і навіть збільшує спорідненість останнього до глюкозі. Поза клітини приєднання Na, отже, і глюкози, відбувається частіше, аніж всередині. Тому глюкоза перекачивается в клетку.

Отже, поруч із пасивним транспортом іонів Na відбувається симпорт глюкози. У принципі, необхідна енергія до роботи цього механізму запасається під час роботи (Na + K)-насоса як електрохімічного потенціалу іонів Na. У бактерій і рослин більшість систем активного транспорту такого виду використовують як контранспортируемого іона іон H. Приміром, транспорт більшу частину цукрів і амінокислот в бактеріальні клітини обусловлен градієнтом H.

2.8. Одна з найбільш цікавих способів активного транспорту у тому, щоб якимось чином утримати всередині клітини молекулу, увійшла туди відповідно до своїм електрохімічним потенциалом.

Так, деякі бактерії фосфорилируют молекули окремих сахаров, у результаті вони заряджаються не можуть вийти обратно.

Такий вид транспорту називається векторным перенесенням групп.

2.9. Для наскрізного транспорту речовин через клітину сутіют особливості механізму. Наприклад, в плазматичної мембрані клеток.

— 8 ;

епітелію кишечника белки-переносчики розподілені ассиметрично.

(рис. 2.8.). Завдяки цьому, забезпечується транспорт глюкзы одягнутий кліткою в позаклітинне рідина звідки вона вступає у кров. Глюкоза проникає у клітину з допомогою симпорта, контранскравців іоном у якому є Na, і виходить із неї шляхом пролегченной дифузії з допомогою іншого транспортного белка.

2.10. Розглянемо деякі додаткові функції транспортеров які працюють у принципу антипорта. Майже всі клітини позвонічних мають у своєму складі своєї плазматичної мемраны (Na + H) переносчик-обменник. Цей механізм регулює pH всередині клітини. Вивод іонів H з клітки пов’язане з транспортуванням у ній іонів Na.

У цьому збільшується значення pH всередині клітини. Такий обменник має особливий регуляторний ділянку, який активізує його работу при зменшенні pH. Поруч із, в багатьох клітин є хутранизм, який би протилежний ефект. Це (Cl + HCO)-обменник, який зменшує значення pH.

2.11. Однією з найбільш цікавих прикладів транспорту речовин через біологічні мембрани є взаємодія гормонів з клітиною. Як відомо, гормонами називають спецефические химическиє сполуки, які мають значний вплив на процессы обміну речовин і функціонування органів. На відміну від ферментів чи вітамінів гормони не змінюють швидкість окремих реакций, а істотно впливають якісь фундаментальні процеси в репетуванняганизме, які потім позначаються різні сторони життєдіяльності организма.

Деякі види гормонів пробираються у клітку та регулюють у ній синтез інформаційних РНК. Інші гормони, звані пептидными (інсулін, гормон зростання) взаємодіють зі спеціальними мембранными білками, які, своєю чергою, продукують в клетке речовини, що впливають деякі які у ній процессы.

3. ПЕРЕНЕСЕННЯ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ МАКРОМОЛЕКУЛ І ЧАСТИЦ

На закінчення розглянемо основні механізми транспортування через біологічні мембрани великих частинок і макромолекул.

— 9 ;

Процес поглинання макромолекул клітиною називається эндоцитозом. У найзагальніших рисах механізм його перебігу такий: локальні ділянки плазматичної мембрани впячиваются і замикаються, створюючи эндоцитозный пляшечку (рис. 2.9.), потім поглинута частка обычале потрапляє у лизосомы зазнає деградации.

* * *.

Не можна перебільшити роль транспорту речовин через плазматическую мембрану в життєдіяльності клітини. Більшість процессов, що стосуються забезпечення клітини енергією і звільненням його від продуктів розпаду, засновані на вищеописаних механізмах. З іншого боку, спеціальні функції клітинної мембрани полягають у підлозічении клітиною зовнішніх сигналів (прикладом можуть бути описанні взаємодії клітини з гормонами).

Л І Т Є Р, А Т У Р А.

Албертс Б., Брэй Д., Льюїс Дж. та інших. Молекулярна біологія клітини. У 3-х томах. Том 1. М., Світ, 1994.

Зоммер До. Акумулятор знань по хімії. М., Світ, 1985.

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

Г. Д.Вовченко. М., Світ, 1971.

Филлиппович Ю. Б. Основи біохімії. М., Вищу школу, 1985.