4.2. Транспорт веществ через мембраны

Вопрос о прохождении веществ через мембраны достаточно сложен, так как при этом приходится учитывать не только функ­циональные особенности самих мембран, но и определенную роль протоплазмы и клеточных белков.

Мембрана - не просто пассивный барьер. Некоторые веще­ства проходят непосредственно через мембрану либо путем рас­творения в ней, либо путем химического взаимодействия с ее веществом.

Однако частично обмен осуществляется через поры. Они не обязательно являются каналами с фиксированным положением. Живая мембрана реагирует на изменяющиеся условия, открывая или закрывая определенные поры, что позволяет пропускать мо­лекулы массой от 100 до 60000.

Транспорт веществ через мембраны осуществляется в ре­зультате следующих процессов:

- пассивные: диффузия сквозь поры; диффузия путем рас­творения в компонентах мембраны; ускоренная диффузия;

- активные: активный транспорт; пиноцитоз. Диффузия представляет собой движение молекул или ионов из области более высокой концентрации или электрического за­ряда в область низкой концентрации или заряда («под гору»).

Скорость диффузии вещества (СД), согласно закону Фика, определяется по уравнению

где К - коэффициент диффузии данного соединения; А - пло­щадь мембраны; (С1 - С2) - градиент концентрации по обе сторо­ны мембраны; d - толщина мембраны.

Коэффициент диффузии яда или лекарства зависит от его молекулярной массы, степени растворимости в липидах и иони­зации, а также от пространственной конфигурации молекулы.

Быстрее всего диффундируют молекулы веществ, обладаю­щих высоким коэффициентом распределения масло/вода, т. е. липофильными свойствами. Растворимые в липидах вещества (например, многие наркотики) могут свободно с минимумом затрат проходить через клеточные мембраны по законам диффузии.

Облегченная, или катализированная диффузия. Для та­кой диффузии необходимо, чтобы в мембране был носитель, скорей всего, молекула белка. Транспорт происходит «под гору» и не требует затрат энергии. Носитель обратимо связывается с веществами с аналогичной химической структурой, которые мо­гут конкурировать за зоны связывания. Ионы переносятся отно­сительно простыми углеводородами («ионофорами»). Процесс, когда носитель переносит ионы и молекулы в обоих направлени­ях, называют обменной диффузией.

Активный транспорт - это система транспорта молекул или ионов с помощью носителя через мембрану против градиен­та концентрации или электрохимического градиента (« в гору»). В этом случае требуются затраты энергии, которая образуется в результате метаболизма АТФ в самой мембране. При таком транспорте молекула вещества соединяется с носителем, кото­рый претерпевает определенные химические превращения. В качестве носителей обычно служат ферменты. Активный транс­порт играет важную роль во всасывании веществ в кишечнике и выделении химических веществ с мочой и желчью.

Пиноцитоз — особый вид активного транспорта. Небольшие капельки или частички вещества попадают в выпячивания кле­точной мембраны, которые образуют маленькие вакуоли, посту­пающие внутрь клеток. Вещество переносится внутри клетки или переваривается в ней.