Структура и функции биомембран

Синтез клеточных мембран
Мембраны не образуются de novo.
Строятся все клеточные мембраны (кроме мембран митохондрий и пластид) в гранулярном эндоплазматическом ретикулюме.

Основные функции биомембран
Барьерная функция
Трансмембранный перенос ионов
Осмотическая функция
Структурная функция
Энергетическая функция
Биосинтетическая функция
Рецепторно-регуляторная
Участие в секреторных процессах

Различают пассивный и активный транспорт веществ.

Пассивный транспорт
фильтрация
диффузия
осмос
простая
облегченная

Простая диффузия - транспорт веществ в сторону меньшей концентрации (по градиенту концентрации). Может осуществляться через:
Осмос- это диффузия воды из мест с ее большей концентрацией в места с меньшей концентрацией.
Поры в липидном бислое
Белковые поры
Облегченная диффузия происходит при участии молекул переносчиков по градиенту концентрации
С подвижным переносчиком
С фиксированным переносчиком

Трансмембранный транспорт мелких молекул
Хорошо растворимые в липидной фазе мембраны неполярные вещества: органические и жирные кислоты, эфиры – легко проходят через мембрану.
Плохо проходят такие полярные вещества как неорганические соли, сахара, аминокислоты

Активный транспорт – транспорт веществ против градиента концентрации, протекающий с затратой энергии
За счет активного транспорта в организме создаются
разности концентраций,
разности электрических потенциалов
разности давления
поддерживающие жизненные процессы. Активный транспорт
удерживает организм в неравновесном состоянии, т.к.
равновесие – смерть организма.

Существует 3 типа электрогенных ионных насосов:
K+ - Na+ - АТФ-аза,
Са2+ - АТФ-аза,
Н+ - АТФ-аза.
Перенос ионов транспортными АТФ-
азами происходит в следствии
сопряжения процессов переноса с
химическими реакциями за счет
энергии метаболизма клеток.
При работе K+ - Na+ - АТФ-азы за счет энергии , освобождающиеся при гидролизе молекулы АТФ, в клетку переносится 2 иона K+ и одновременно из клетки выкачивается 3 иона Na+.
Са2+ - АТФ-аза обеспечивает активный перенос 2-х ионов Са2+ ,
а протонная помпа - Н+ - АТФ-аза – 2-х протонов на одну молекулу АТФ.

Молекулярный механизм работы K+ - Na+ - АТФ-азы
1. Образование комплекса фермента с АТФ на внутренней поверхности мембраны. Эта реакция активируется ионами Mg2+.
2. (А) Связывание комплексом 3-х ионов Na⁺
3. (Б) Фосфорилирование фермента. Реакция с участием АТФ, в результате которой фосфатная группа (Р) присоединяется к ферменту, а АДФ высвобождается.
4. (В) Фосфорилирование индуцирует изменение конформации фермента (происходит переворот фермента внутри мембраны), что приводит к высвобождению ионов Na⁺ за пределами клетки.

Молекулярный механизм работы K+ - Na+ - АТФ-азы
5. (Г) 2 иона K⁺ во внеклеточном пространстве связывается с ферментом, который в этой форме более приспособлен для соединения с ионами K ⁺, чем с ионами Na⁺.
6. (Д), обратный переворот ферментного комплекса с переносом ионов K ⁺ внутрь клетки
7. (Е) Фосфатная группа отщепляется от фермента, вызывая восстановление первоначальной формы, а ион K⁺ высвобождается в цитоплазму.

ВТОРИЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
Накопление веществ сопряжено не с гидролизом АТФ, а с работой окислительно-восстановительных ферментов или фотосинтезом. Транспорт в этом случае опосредован мембранным потенциалом (МП) и/ или градиентом концентрации ионов при наличии в мембране специфических переносчиков.

СХЕМЫ ВТОРИЧНОГО АКТИВНОГО ТРАНСПОРТА

ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ТРАНСПОРТ
КРУПНЫХ МОЛЕКУЛ

ВИДЫ ЭНДОЦИТОЗА

Транспорт сахаров
В эпителии кишечника и почечных
канальцев транспорт некоторых
сахаров является активным и
требует затрат энергии.
Выход сахаров из клеток в лимфу и
кровь протекает пассивно по
градиенту концентрации.

Пассивный транспорт сахаров
В эритроцитах, жировых, нервных, мышечных клетках транспорт сахаров является пассивным, происходит по градиенту концентрации и идет до тех пор пока концентрация сахара в клетке и среде не выровняется.

Стимуляторы транспорта сахаров
Инсулин повышает скорость проникновения сахаров, но только тех, которые и без него проникают, но только медленно.
Ингибиторы транспорта сахаров
Флоретин и флорицин
(гликозиды, содержащиеся в коре
яблони, груши или вишни) тормозят
транспорт всех проникающих сахаров;
снимают стимулирующий эффект
инсулина и ингибиторов обмена;
конкурируют с сахарами, блокируя их
переносчики.
Тиоловые яды (ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, сурьма)
и наркотики тормозят транспорт сахаров (в основе не лежит конкуренция).

Транспорт воды
Клетки содержат очень много воды (в растительных клетках – до 95%).
Все клетки хорошо проницаемы для воды, скорость ее проникновения значительно выше, чем других веществ, кроме газов.
Наличие в клетках электрических зарядов (ионов), таких как K+, NH4 +, Rb+, Cs+, Cl-, I- повышает подвижность молекул воды. (отрицательная гидратация).
Ионы Na+, Li+, Са2+, Mg2+, Al 3+, OH-, F- обладают положительной гидратацией
Механизм движения воды в основном представляет собой пассивный перенос по осмотическому градиенту.

Транспорт минеральных ионов
В клетке преобладают ионы К⁺, Mg²+, Р, а в среде – ионов Na²+,Cl.¯
Внутри клетки минеральные вещества распределяются между цитоплазмой и органоидами также неравномерно.
Минеральные ионы быстрее проникают в те клетки, которые имеют более высокий уровень метаболизма.
Одновалентные анионы проникают быстрее в клетку, чем двухвалентные.
Na²+
К+,

Транспорт органических кислот
Все аминокислоты проникают в клетки, особенно в быстро растущие. Транспорт и аккумуляция аминокислот обеспечивается работой специальных транспортных систем (вторичный активный транспорт по типу симпорта).
Аскорбиновая кислота хорошо проникает в клетки и может в них накапливаться.
Способность жирных кислот проникать в клетки растет с увеличением количества атомов углерода в молекуле до 6. Увеличение сверх 6 приводит к снижению скорости проникновения в клетки.
Муравьиная С=1
Уксусная С=2
Пропионовая С=3
Масляная С=4
Валериановая С=5
Капроновая С=6
Гептановая С=7
Каприловая С=8
у
в
е
л
и
ч
е
н
и
е
снижение

Транспорт красителей
Витальные красители – органические неэлектролиты. Органическая часть молекулы, несущая хромофорную группу, от которой зависит цвет окраски, у основных красителей является катионом, а у кислотных – анионом.
Кислотные красители плохо проникают в клетки
Основные красители хорошо проникают в клетки и накапливаются в них.
При возбуждении или повреждении клетки окрашиваемость витальными красителями повышается
Метастазы рака в костный мозг