X-PDF

Виды транспорта через мембрану

Поделиться статьей

Перенос заряженных частиц, электродиффузное уравнение Нернста-Планка

Уравнение Фика для мембраны

Уравнение Фика описывает диффузию в однородной среде. Модифицируем его для случая диффузии через мембрану. Обратим внимание на следующий известный факт: на границе раздела двух сред (например, воды и масла) обязательно имеет место скачкообразное изменение концентрации частиц диффундирующего вещества. Например, если в сосуд, в котором поверх воды налито масло, бросить соль, то ее концентрации в этих средах будут различны.

Коэффициент распределения вещества (К) — величина, равная отношению концентраций частиц в граничащих средах:

Коэффициент распределения вещества — величина безразмерная.

Рассмотрим диффузию незаряженных частиц (молекул или атомов) через поверхности мембраны. На рисунке 11.6 обозначены:

сi — концентрация частиц внутри клетки (i — от in) .

смi — концентрация частиц в мембране у ее внутренней поверхности .

смо — концентрация частиц в мембране у ее внешней поверхности .

со — концентрация частиц вне клетки (о — от out).

Коэффициент распределения вещества между мембраной и окружающей средой равен коэффициенту распределения вещества между мембраной и клеткой:

Рис. 11.6. Распределение концентрации частиц, проходящих через мембрану

Отсюда получаются выражения для концентрации частиц внутри мембраны:

Величины со и с можно измерить.

Учитывая малую толщину мембраны (L), можно считать, что концентрация молекул диффундирующего вещества изменяется в ней линейно. Поэтому градиент концентрации диффундирующего вещества постоянен:

Коэффициент проницаемости Р характеризует способность мембраны пропускать те или иные вещества.

 

Уравнение Фика описывает как пассивный транспорт незаряженных частиц, так и пассивный транспорт заряженных частиц в отсутствии электрического поля. Рассмотрим теперь транспорт ионов с учетом электрического поля внутри мембраны.

На отдельный ион в электрическом поле действует сила f0 = qE, где Е — напряженность электрического поля, а q = Ze — заряд иона (Z — валентность иона). Напряженность поля выражается через градиент

Представленная информация была полезной?
ДА
58.97%
НЕТ
41.03%
Проголосовало: 78

Уравнению 11.11 можно придать более удобный вид, умножив обе его части на постоянную Авогадро (NA):

Это уравнение Нернста-Планка (электродиффузное уравнение). Оно устанавливает зависимость плотности диффузного потока ионов от концентрации ионов и от градиента потенциала (dφ/dx).

Для нейтральных частиц (Z = 0) уравнение Нернста-Планка переходит в уравнение Фика.

1. Пассивный транспорт — перенос молекул и ионов через мембрану, который осуществляется в направлении меньшей их концентрации. Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии. Он стремится выровнять концентрации частиц по разные стороны от мембраны, т.е. свести к нулю величины их градиентов. Если бы в клетках существовал только пассивный транспорт, то значения физической величины внутри и вне клетки сравнялись бы, но этого не происходит.

Различают несколько типов пассивного транспорта (рис. 11.7).

• Простая диффузия через липидный слой. Она подчиняется уравнению Нернста-Планка. В живой клетке такая диффузия обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа, ряда лекарственных веществ. Однако простая диффузия протекает достаточно медленно и не может снабдить клетку в нужном количестве питательными веществами.

 

• Транспорт через каналы (поры). Канал — участок мембраны, включающий белковые молекулы и липиды, который образует в мембране проход. Этот проход допускает проникновение через мембрану молекул воды, крупных ионов. Наличие каналов увеличивает проницаемость Р. Проницаемость Р зависит от числа каналов и от их радиуса. Каналы могут проявлять селективность

Рис. 11.7. Виды пассивного транспорта: простая диффузия (а), транспорт через каналы (б), облегченная диффузия (в), эстафетная передача (г)

по отношению к разным ионам, это выражается в различной проницаемости для разных ионов.

• Облегченная диффузия — перенос ионов специальными молекулами-переносчиками за счет диффузии переносчика вместе с веществом. Наиболее подробно это явление изучено для случая переноса ионов некоторыми антибиотиками, например валиномицином. Установлено, что валиномицин резко повышает проницаемость мембраны для ионов К+ благодаря специфике своей структуры. В нем формируется полость, в которую точно и прочно вписывается ион К+ (ион Na+ слишком велик для отверстия в молекуле валиномицина). Молекула валиномицина, «захватив» ион К+, образует растворимый в липидах комплекс и проходит через мембрану, затем ион К+ остается, а переносчик уходит обратно.

• Эстафетная передача. В этом случае молекулы-переносчики образуют временную цепочку поперек мембраны и передают друг другу диффундирующую молекулу.

2. Активный транспорт — перенос молекул и ионов, который происходит с затратой химической энергии в направлении от меньших значений величин к большим. При этом нейтральные молекулы переносятся в область большей концентрации, а ионы переносятся против сил, действующих на них со стороны электрического поля. Таким образом, активным транспортом осуществляется перенос веществ в направлении, противоположном транспорту, который должен был бы происходить под действием градиентов (прежде всего концентрационного и электрического). Энергия получается за счет гидролиза молекул особого химического соединения — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Экспериментально установлено, что энергии распада одной молекулы АТФ достаточно для выведения наружу трех ионов натрия и введения внутрь клетки двух ионов калия. Одна из схем активного транспорта представлена системой на рис. 11.8.

 

Захватив одним активным центром ион калия из наружной среды, а другим ион натрия — из внутренней, система, потребляя АТФ, поворачивается внутри мембраны на 180°. Ион натрия оказывается вне клетки и там отделяется, а ион калия попадает внутрь и тоже освобождается, после чего молекула белка принимает исходное положение, и все начинается сначала.

За счет активного транспорта клетка поддерживает внутри себя высокую концентрацию калия и низкую концентрацию натрия. При

Рис. 11.8. Схема активного транспорта

этом ионы могут перемещаться против градиента их концентрации (аналогия с газом: перекачивание газа из сосуда с низким давлением в сосуд с высоким давлением).

Активный транспорт обеспечивает механизм селективной проницаемости клеточных мембран. Активный транспорт — важнейшая особенность жизненных процессов.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
58.97%
НЕТ
41.03%
Проголосовало: 78

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

THE SUPREME COURT OF THE UNITED STATES

Поделиться статьей

Поделиться статьейThe Supreme Court of the US was created by the Judiciary Act of 1789. The US Supreme Court is


Поделиться статьей

Исторический портрет Всеволода Большое Гнездо

Поделиться статьей

Поделиться статьейГоды правления:1176-1212 Из биографии § Всеволод Большое Гнездо — младший сын Юрия Долгорукого, брат Андрея Боголюбского. § Прозвище получил


Поделиться статьей

Аудит операций с материально-производственными запасами

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦелью аудиторской проверки материально-производственных запасов (МПЗ) является формирование мнения о достоверности показателей отчетности по статьям материальных ценностей «Запасы» и


Поделиться статьей

Статистика общественного мнения.

Поделиться статьей

Поделиться статьейСтатистика общественного мнения – совокупность количественных данных, характеризующих распространенные в обществе мнения по тем или иным общественным значимым вопросам.


Поделиться статьей

Джон Ло

Поделиться статьей

Поделиться статьейОдной из ярких и самобытных фигур позднего меркантилизма был шотландец Джон Ло (1671 -1729). Вполне разделяя меркантилистскую веру в


Поделиться статьей

Резолютивная часть оправдательного и обвинительного приговора

Поделиться статьей

Поделиться статьейЗаключительная, резолютивная, часть приговора должна органически вытекать из описательно-мотивировочной. В резолютивной части обвинительного приговора должны быть указаны: 1) фамилия,


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет