ТРАНСПОРТ ІОНІВ ТА МОЛЕКУЛ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ

Розрізняють пасивний та активний транспорт. Пасивний транспорт відбувається без затрат енергії за електрохімічним градієнтом. До пасивного належать дифузія (проста та полегшена), осмос. Активний транспорт потребує енергії і відбувається всупереч концентраційному або електричному градієнту.

Пасивний транспорт

Дифузія може відбуватись або через ліпідний бішар, або за участю білків. Дифузія через ліпідний бішар — це проста дифузія, що залежить від концентрації речовин по обидва боки мембрани та температури. Так переходять через мембрану речовини, що розчиняються в ліпідах (О2, СО2, азот, алкоголь). Кисень проходить так легко, ніби мембрани і не існує. Через мембрану легко проходить і вода завдяки невеликому розміру її молекул.

Проста дифузія відбувається не тільки через ліпідний бішар, але й через білкові канали та «ворота» в них. Ці канали високо-селективні, транспорт через них залежить від виду іонів чи молекул, їх діаметра, форми, електричного заряда. Натрієві канали мають діаметр 0,3-0,5 нм, їх внутрішня поверхня негативно заря­джена. К⁺-канал має діаметр 0,3 нм, електричного заряду не має.

Полегшена дифузія відбувається за участю специфічного білка-переносника, що сприяє дифузії. Від простої дифузії відрізняється тим, що швидкість її збільшується тільки до певної міри, а потім залишається постійною. Таким чином транспортуються глюкоза та більшість амінокислот.

На швидкість дифузії впливають концентрація речовини по обидва боки мембрани, її проникність та ряд інших факторів. А проникність залежить від товщини мембрани, кількості каналів на одиницю площі, молекулярної маси речовини, температури.

Осмос має значення для транспорту води через мембрани, які проникні для води, але не для іонів (напівпроникні мембрани). Якщо концентрація речовини по обидва боки мембрани різна, то вона буде переходити туди, де концентрація вища. Це спостерігається доти, доки концентрація не вирівняється.

Для створення осмотичного тиску має значення не молекулярна маса речовини, а кількість молекул на одиницю об'єму розчину. Перехід води за законами осмосу відбувається дуже швидко.

Активний транспорт

Це транспорт речовин всупереч концентраційному або електричному градієнту, що відбувається із затратами енергії. Розрізняють первинний активний транспорт та вторинний.

Первинний активний транспорт широко використовується в організмі. Він бере участь у створенні різниці електричних потенціалів між внутрішнім та зовнішнім боками мембрани клітини. За допомогою активного транспорту створюються різні концентрації Na+, К⁺, Н+, СІ^- та інших іонів у середині клітини та в позаклітинній рідині.

Найкраще досліджено транспорт Na+ та К⁺ - Na+,-К⁺-насос. Цей транспорт відбувається за участю глобулярного білка. Білок має три ділянки для зв'язування Na+ на внутрішній поверхні та дві ділянки для зв'язування К⁺ на зовнішній поверхні. Спостерігається висока активність АТФ-ази на внутрішній поверхні білка. Енергія, що утворюється при гідролізі АТФ, зумовлює конформаційні зміни білка і при цьому виводиться три іони Na+ з клітини і вводиться у неї два іони К+. За допомогою такого насоса створюються висока концентрація Na+ в позаклітинній рідині і висока концентрація К⁺ - в клітинній.

Вторинний активний транспорт. Завдяки первинному активному транспорту створюється висока концентрація Nа+ за межами клітини, виникають умови для дифузії в клітину, але разом з Na+ інші речовини можуть увійти в неї. Цей транспорт, спрямований у один бік, називається симпортом. У іншому випадку вхід Na+ стимулює вихід іншої речовини з клітини, це два потоки, спрямо­вані в різні боки,— антипорт.

Прикладом симпорту може бути транспорт глюкози або амінокислот разом з Na+. Білок-переносник має дві ділянки для зв'язування Na+ і для зв'язування глюкози або амінокислоти. Ідентифіковано п'ять окремих білків для зв'язування п'яти типів амінокислот. Відомі й інші види симпорту - транспорт Na⁺ разом з СІ^- у клітину, К⁺ і Сl- з клітини та ін.

Майже в усіх клітинах існує механізм антипорту - Na+ переходить у клітину, а Са²+ виходить з неї, або Na+ - у клітину, а Н+ - з неї.

Електричні явища у збудливих тканинах

Бiопотенцiали - загальна назва усіх видiв електричних процесів у живих системах.

Потенціал ушкодження - історично перше поняття про електричну активність живого (демаркаційний потенціал). Це різниця потенціалів між неушкодженною і ушкодженої поверхнями живих збудливих тканин (м'язи, нерви). Розгадка його природи призвела до створення мембранної теорії бiопотенціалiв.

Мембранний потенціал (МП) - це різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями клітини (м`язевого волокна) у спокою. Звичайно МП, або потенціал спокою, складає 50-80 мВ, зі знаком «-» всередині клітини. При збудженнi клітини реєструється потенціал дії - швидка зміна мембранного потенціалу під час збудження.

Механізм формування ПС пов’язаний з:

1. Наявністю в мембрані клітини механізмів активного транспорту речовин – натрій-калієвий насос. Він створює градієнт концентрації усередині та поза клітиною.

2. Особливостями проникності мембрани клітини в стані спокою – вона проникна для іонів К⁺ та непроникна для іонів Na⁺.

Фізіологічна роль ПС полягає в тому, що він є базою, на якій розвивається потенціал дії.

Потенціал дії (ПД) – швидка високоамплітудна зміна потенціалу мембрани збудливої клітини при її збуджені.

ПД окремої клітини має такий вигляд:

1. Спочатку мембранний потенціал різко зменшується до нуля – 1 фаза деполяризації ПД;

2. Потім заряд мембрани змінюється на протилежний – зовні “-”, всередині “+” – 2 фаза реверсполяризації.

3. Далі мембранний потенціал поступово повертається до вихідного рівня – 3 фаза реполяризації ПД.

4. Завершальною фазою ПД є слідова гіперполяризація 4.

Подразник зумовлює відкриття активаційних воріт натрієвих каналів, лавиноподібний вхід Na⁺ в клітину за градієнтом концентрації зменшення надлишку аніонів усередині клітини (так як іони Na⁺ заряджені позитивно). Аніони, які прямують до мембрани за іонами Na⁺, зайти в клітину не можуть, вони зменшують надлишок позитивних зарядів на зовнішній поверхні мембрани клітини. Завдяки цьому різниця потенціалів між зовнішньою та внутрішньою поверхнями мембрани зменшується, а далі й зовсім зникає. Так розвивається фаза деполяризації ПД.

Але вхід іонів Na⁺ в клітину не припиняється й тепер у клітині створюється надлишок позитивних іонів Na⁺, а на її поверхні – надлишок аніонів, перезарядка мембрани – фаза реверсполяризації.

Натрієва активація (стан каналів при відкритих активаційних воротах) швидко змінюється натрієвою інактивацією – закриттям інактиваційних воріт, вхід іонів Na⁺ в клітину при цьому припиняється. Подразник змінює не тільки стан натрієвих каналів, але й стан калієвих каналів, вони також активуються, тобто відкривається додаткова кількість калієвих каналів. Але у часі цей процес розвивається значно повільніше, ніж натрієва активація.

Внаслідок різної швидкості розвитку у часі натрієвої та калієвої активації під впливом подразника, розвиток натрієвої інактивації супроводжується розвитком калієвої активації. Тому, коли іони Na⁺ перестають входити в клітину, вихід іонів К⁺ з неї збільшується. Саме це призводить до відновлення вихідного рівня мембранного потенціалу – фаза реполяризації.

Фізіологічна роль ПД – полягає в тому, що він забезпечує збудження клітини та передачу цього збудження на інші клітини, а також підтримку чи активацію у збудливих клітинах специфічних функцій.

М'язовi волокна поділяють на 3 види: скелетнi, серцеві і гладенькі.

Серцеві м'язові волокна є тільки в серці. Вони мають дуже хороше кровопостачання і значно менше, ніж звичайна м'язова тканина, піддаються втомі. Скорочення серцевого м'яза не залежить від волі людини.

Скелетнi м'язи складають 40% від маси тіла і забезпечують: пересування тіла в просторі, переміщення однієї частини тіла відносно іншої, підтримання пози, рух крові і лімфи, теплопродукцію, здійснення вдиху і видиху, рухову активність, депонування води і солей, захист внутрішніх органів (наприклад, органів черевної порожнини).

Гладенькі м'язи забезпечують функцію порожнистих органів, стінки яких вони утворюють. Зокрема, завдяки їм здійснюється виведення вмісту із сечового мiхура, кишки, шлунка, жовчного мiхура, матки. Гладенькі м'язи забезпечують сфiнктерну функцію - створюють умови для збереження вмісту порожнистого органа в цьому органі, наприклад, сечу в сечовому мiхурi, плід у матці. Найважливішу роль виконують гладенькі м'язи в системі кровообігу і лiмфоутворення - змінюючи просвiт судин, вони адаптують регiональний кровообiг до місцевих потреб у кисні, поживних речовинах.