2.4.2. 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

СД = К · А ·(С₁- С₂) /d,

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.