Структурные компоненты мембраны: гликопротеины

Гликопротеины – это сложные белки, к определенным аминокислотным остаткам которых присоединены разветвленные углеводные цепи. Примером гликопротеинов являются интегральные и периферические белки с углеводными цепочками: пептидоглюконы, фибронектин, гликофорин и др.

Наличие их в мембране ограничивает подвижность липидов, упорядочивает структуру, увеличивает вязкость, способствует образованию защитного покрывала и межклеточных контактов. Гликопротеины входят в состав мембранных рецепторов, участвуют в процессе молекулярного распознавания чужеродных белков, ответственны за иммунные реакции, присутствуют в мембране любой клетки, осуществляя ее взаимодействие с окружающей средой и обмен информацией между органеллами внутри отдельной клетки.

Динамические свойства мембран

	Латеральная диффузия – перемещение молекул вдоль слоев. Коэффициент латеральной диффузии для липидов. Частота скачков молекул вдоль слоя, расстояние перемещения за времяt равно .
	Внутримолекулярная подвижность: Колебательное движение хвостов фосфолипидов – с частотой Вращение хвоста относительно головки вращательное движение молекулы в целом
	Трансбислойное движение молекул (флип-флоп переход) – относительно медленный процесс-переход липида через мембрану требует в раз больше времени, чем латеральная диффузия на тоже расстояние.

Физические свойства мембраны

Свойства мембраны	Единицы	Значение
Толщина Поверхностное натяжение Относительная вязкость	-	6,0-10,0 0,03-0,1 30-100
Сопротивление Электрическая емкость Напряженность эл. поля		0,5-1,3
Показатель преломления Проницаемость для воды	-	1,6 0,5-400

Транспорт веществ через мембрану

Транспорт веществ через мембрану является одной из важнейших ее функций.

Виды транспорта:

1. Пассивный транспорт – трансмембранное движение веществ, не требующее дополнительных затрат энергии. Причина движения – действие градиентов: концентрации – grad C, электрического потенциала – grad , давления – grad P и др. Направление движения в сторону уменьшения соответствующей величины – C, , P и т.д.

2. Активный транспорт – мембранный массоперенос, осуществляемый с дополнительными затратами энергии, выделяемой при протекании сопряженных ферментативных реакциях, поглощении энергии фотонов и т.п. Направление движения – в сторону увеличения концентрации. Выполняется специфическими белковыми структурами, локализованными в толще мембраны – насосами.

3. Сложные виды транспорта через мембрану – экзоцитоз и эндоцитоз. Массоперенос крупных молекул и частиц, сопряжен с изменением архитектоники мембран и затратами энергий.

Пассивная диффузия. Уравнение Фика.

Неравномерное распределение концентраций вещества в пространстве характеризуется наличием градиента концентрации , который является причиной возникновения потока вещества , определяемым законом Фика

П

или

,

направление потока где D – коэффициент диффузии

направление градиента

оток вещества– это количество вещества, переносимое через площадьза время.

Градиент концентрации: , направлен в сторону возрастания концентрации.

Знак «-» в уравнении показывает, что поток вещества при диффузии направлен в сторону уменьшения концентрации, т.е. в сторону, противоположную градиенту.

Электродиффузия:

Причинами электродиффузии является наличие градиента концентрации и градиента потенциала.

Суммарный поток вещества и зарядов описывает уравнение Нернста-Планка и уравнение Теорелла.

Уравнение Нернста-Планка описывает процесс массопереноса или потока ионов в случае наличия градиентов концентрации и электрического потенциала:

,

если учесть, что , то можно преобразовать уравнение:

Уравнение Теорелла описывает пассивный транспорт ионов с учетом градиента электрохимического потенциала:

Уравнение Фика, определяющее поток вещества через мембрану, учитывает проницаемость мембраны:

[м/сек]

С

внутри

клетки

снаружи

клетки x

L

L – толщина мембраны

Рис. 10

или

Уравнение Фика для потока через мембрану