Основные свойства клеточной мембраны.

♦      Обладает избирательной проницаемостью, которая изменяется при различных состояниях клетки. Это зависит:

·          от механического фактора (соответствие размера каналов диаметру ионов);

·          электростатического фактора (заряда канала);

·          конкуренции между ионами (Na⁺ и Ca²⁺).

♦      Имеет каналы, через которые проникают ионы:

·          потенциалзависимые каналы – открываются при изменении разности потенциалов;

·          потенциалнезависимые (лигандозависимые, гормонрегулируемые) – открываются при взаимодействии рецепторов с веществами.

♦      Каналы могут быть открыты или закрыты благодаря воротам. Существует два вида ворот:

·          активационные (в глубине канала);

·          инактивационные (на поверхности канала).

♦      Ворота могут находиться в одном из 3-х состояний:

·          открытое (открыты оба вида ворот);

·          закрытое (закрыты активационные ворота);

·          инактивационное (закрыты инактивационные ворота).

2. Мембранные транспортные механизмы.

Транспорт веществ через мембрану клетки осуществляется диффузией через липидный бислой или посредством двух классов мембранных белков – переносчиков или каналов.

2.1. Проницаемость плазматической мембраны.

♦      Если бы в плазматической мембране не присутствовали белки, легкость, с которой молекулы проходят сквозь фосфолипидный бислой по градиенту концентрации, зависела бы от размера молекулы, растворимости ее в жире и электрического заряда.

♦      Жирорастворимые (неполярные) молекулы диффундируют быстро. Примеры: О₂, CO₂, N₂.

♦      Жиронерастворимые (полярные) молекулы диффундируют быстро при условии малого размера и электронейтральности. Примеры: H₂O и мочевина. Диффундируют только большие незаряженные полярные молекулы типа глюкозы и сахарозы.

♦      Заряженные молекулы (ионы), даже при условии небольшого размера (Na⁺, K⁺, Cl^–) практически не проникают через липидный бислой при отсутствии специальных транспортных механизмов.

♦      Транспорт ионов и больших полярных молекул обеспечивается специальными трансмембранными белками.

♦      Белки-переносчики передают вещества физическим движением одной части белковой молекулы относительно другой. Транспорт с помощью переносчиков может быть пассивным или активным (требует источник энергии).

♦      Каналы транспортируют вещества по их электрохимическому градиенту. Такой транспорт не требует прямого расхода метаболической энергии и поэтому называется пассивным транспортом.

♦      Транспорт макромолекул, таких как белок, сопровождается котранспортом вещества в пределах мембранного окружения.

♦      Если вещество транспортируется из клетки, процесс называется экзоцитозом.

♦      Транспорт в клетку называется эндоцитозом.

2.2. Транспорт веществ через мембрану.

2.3. Пассивный транспорт.

♦      Движущая сила обеспечивается:

·          разностью электрического потенциала на мембране (если транспортируемое вещество несет заряд);

·          разностью концентрации транспортируемого вещества (диффузия) или осмотического давления (осмос) на разных сторонах мембраны. Транспорт воды обеспечивается разностью осмотического давления с помощью белков-аквапоринов.

♦      Проницаемость мембраны модулирует способность движущей силы при транспортировке растворенных веществ через мембрану.

♦      Пассивный транспорт может происходить непосредственно через фосфолипидный слой или через белки – переносчики или каналы.

♦      Простая диффузия:

·          происходит по электрохимическому градиенту;

·          скорость линейно зависит от градиента концентрации вещества;

·          ненасыщаемый процесс, то есть может увеличиваться неограниченно;

·          не расходуется энергия.

♦      Облегченная диффузия:

·          происходит по электрохимическому градиенту;

·          с помощью белка-переносчика или белков трансмембранных каналов;

·          ограниченный по скорости и насыщаемый процесс;

·          можно блокировать, связав переносчик;

·          конкуренция переносимых веществ за переносчик;

·          быстрее, чем простая диффузия;

·          не расходуется энергия.

Рис. 1.10. Пассивный транспорт

Поток ионов – количество вещества, переносимого через мембрану в единицу времени.

Плотность потока – поток ионов через единицу площади:

Jm = P (C₁ – C₂),

где       Jm – поток ионов,             P – проницаемость мембраны,

            C₁ и C₂ – концентрация вещества вне и внутри мембраны.

Поры – щели в мембране между молекулами липидов или белков (простая диффузия).

Каналы – белковые молекулы в мембране, создающие гидрофильный проход (облегченная диффузия). Характеристика каналов:

·          селективны;

·          изменяют свое состояние;

·          чувствительны к лигандам и заряду мембраны.