9)Ионофоры, подвижные переносчики и каналообразующие агенты

Ионофоры - это небольшие гидрофобные молекулы, которые растворяются в липидных бислоях и повышают их ионную проницаемость. Большинство ионофоров синтезируется микроорганизмами; некоторые из них используются как антибиотики . Ионофоры широко применяются для повышения проницаемости мембран по отношению к определенным ионам в исследованиях на синтетических бислоях, клеточных органеллах, интактных клетках.

Существуют два класса ионофоров:

1) ионофоры - подвижные переносчики ионов и

2) каналообразующие ионофоры

Ионофоры обоих типов действуют, экранируя заряд транспортируемого иона так, чтобы последний мог пройти гидрофобную внутреннюю область липидного бислоя . Поскольку ионофоры не связаны ни с каким источником энергии, они лишь позволяют ионам двигаться по их электрохимическим градиентам .. Ионофоры могут образовывать с ионом комплекс большого размера — переносчики — либо формировать пору в мембране, заполненную водой, — каналы.

Перенос иона через мембрану с участием переносчика включает стадии образования комплекса иона с ионофором на одной стороне мембраны, перемещения комплекса через мембрану, освобождения иона на другой стороне и возвращения ионофора. Возможны две схемы работы переносчика: малая «карусель», когда ионофор не выходит из мембраны, и большая «карусель», когда ионофор проходит мембрану насквозь, а образование и распад комплексов протекает в неперемешиваемых слоях около мембраны.

По механизму малой карусели осуществляется, например, перенос К+ в присутствии валиномицина. Высокая избирательность валиномицина к образованию комплексов с К+ достигается хорошим стерическим соответствием К+ и внутренней полости валиномицина, которую образуют СО-группы. Валиномицин, комплексуясь с К+, полностью его дегидратирует, а карбонильные (СО—) диполи заменяют гидратную оболочку. Ион Na может поместиться в полости валиномицина, однако вследствие меньшего (по сравнению с К+) радиуса он оказывается не в состоянии взаимодействовать с кислородом карбонильных групп. Поэтому энергия связывания иона Na с водой гидратной оболочки оказывается больше энергии его связывания с молекулой валиномицина. Если бы молекула валиномицина была достаточно гибкой и размер полости можно было бы «подстроить» под Na+, то валиномицин не обладал бы хорошей селективностью. Молекула валиномицина переносит через БЛМ не более 104 ионов/с.

Некоторые ионофоры, такие, как нигерицин и гризориксин, формально имеют нециклическое строение, но они также способны связывать ионы металлов, образуя комплексы, в которых молекула находится в свернутой, псевдоциклической конформации106

Каналообразующие агенты. Все эти молекулы обладают сродством к водной и органической фазам, что, с одной стороны, позволяет им образовывать водную пору, а с другой — приводит к сильной сорбции антибиотика на мембрану. Внешняя часть молекул в поре гидрофобна, а внутрь канала обращены хорошо поляризуемые группы.

Заряженные или сильно полярные группы могут находиться на одном конце молекулы. Такие группы служат «якорем», удерживая полярный конец на одной из сторон мембраны, позволяя молекуле пронизать гидрофобную часть мембраны.

Каналы, образованные грамицидином А. Пептидная цепь молекулы грамицидина А сформирована пятнадцатью гидрофобными аминокислотами, причем характерной чертой является чередование L- и D-конфигураций аминокислот, а также наличие формильной группы на N-конце молекулы (голова) и этаноламина на С-конце (хвост). Молекула полностью гидрофобна, за исключением карбонильных и аминогрупп пептидной цепи и концевых полярных групп.

Находясь в мембране, молекула грамицидина А сворачивается в спиралевидную структуру — полупору, стабилизированную гидрофобными связями, и формирует полый цилиндр длиной около 3 нм и диаметром поры около 0,5-0,8 нм.

10)Облегчённая диффузия. Характеристика процесса. Облегчённая диффузия – это механизм пассивного транспорта с участием с участием специфических переносчиков. Перенос происходит во много раз быстрее, чем простая диффузия. Перенос облегчённой диффузией одного вещества по градиенту концентрации может быть сопряжён с вторично активным транспортом другого вещества против его градиента концентрации. Перенос может осуществляться разными механизмами:

1. Миграционный – происходит перемещение переносчика внутри мембраны от одной её поверхности до другой. При этом переносчик может оставаться в плоскости мембраны и присоединять вещество только на поверхностях мембраны, а может выходить за пределы мембраны и присоединять вещество в растворе. Механизмы малой и большой карусели.

2. Ротационный – происходит поворот молекулы переносчика вокруг своей оси, лежащей в плоскости мембраны.

3. Сдвиговый – происходит изменение конформации переносчика, полный поворот молекулы переносчика не происходит, отдельные группы закреплены в липидном слое.

Переносчики обладают высокой специфичностью по отношению к переносимым веществам. Скорость облегчённой диффузии обладает свойством насыщения, оно происходит, когда все молекулы переносчика будут заняты