15.Простая и облегченная диффузия ксенобиотиков через биологические мембраны, их отличительные черты.

Пассивный транспорт. Это движение вещества по градиенту электрохимического потенциала без затраты энергии, т.е. движущей силой служит градиент электрохимического потенциала.подразделяется на:

• Простая диффузия. При пассивной диффузии ксенобиотики проходят через мембрану в результате случайного молекулярного движения, и величина потока линейно зависит от концентрации и коэффициента проницаемости мембраны для данного вещества.

Биологические мембраны – это мозаичная структура, состоящую из липидов, структурных белков, белков-ферментов и других компонентов. «Сердцевина» мембраны представляет собой в основном гидрофобную область, поэтому неполярные вещества легко проникают в клетки.

Различие в проницаемости зависит от скорости диффузии вещества через мембрану. Уменьшение скорости диффузии молекул с разветвленной углеводородной цепью обусловлено стерическими факторами. Проницаемость неэлектролитов зависит и от липидного состава мембраны.

В качестве количественного параметра проникновения любого вещества в клетку вводится коэффициент проницаемости. Коэффициент распределения некоторого вещества зависит от способности его молекул к образованию водородных связей.

Скорость переноса определяют с помощью закона Фика:

1 dS (C^н – C^в)

–– ––– = –DK_р –––––––––, (5.1)

A dt x

где D – коэффициент диффузии; А – площадь поверхности; C^н, C^в – концентрация снаружи и внутри соответственно; К_р – коэффициент распределения, представляющий отношение концентрации растворенного вещества в мембране к концентрации вне мембраны; x – расстояние, преодолеваемое соединением при прохождении через мембрану.

Константой распределения К_р – Отношение концентраций какого-либо вещества, состоящего из простых молекул, в двух находящихся в равновесии фазах имеет постоянное значение: К_р = С₂/С₁, где С₁ – водная фаза, С₂ – неводная фаза (масло, липид).

Во всех случаях прохождения растворенных веществ через плазматическую мембрану обнаруживается связь между проницаемостью и коэффициентом распределения для системы масло–вода. Чем выше липофильность вещества, тем выше коэффициент распределения.

Хорошо проникают гидрофильные вещества с радиусом не превышающим 0,3 нм: глицерин, мочевина.

Предполагается, что эти молекулы проходят через поры (каналы), а заряженные частицы (ионы) движутся через ионные каналы.

Канал – это две макромолекулы, образующие в мембране пору через бислой липидов.

Облегченная диффузия.

Вещества, нерастворимые в липидах, с размером молекулы более 0,3-0,4 нм, не диффундируют через мем­браны. Так, шестиатомные спирты с диаметром молекул 0,42 нм не проникают в большинство клеток. Однако глюкоза и некоторые другие моносахариды с такими же размерами молекул хорошо проникают в клетку. проницаемость клеточ­ных мембран по отношению к сахарам, аминокислотам и некоторым другим соединениям была выдвинута концепция «переносчиков», свя­зывающихся с транспортируемым веществом и таким образом «облег­чающих» их прохождение через мембрану. Такая облегченная диффу­зия происходит по градиенту концентрации без затрат энергии и отно­сится к пассивному транспорту.

В основе механизма облегченной диффузии лежит обратимое со­единение транспортируемого вещества со специфическим переносчи­ком, и образующийся комплекс вещество-переносчик диффундирует внутри мембраны от наружной поверхности к внутренней, где ком­плекс диссоциирует с высвобождением вещества внутрь клетки. Сво­бодный же переносчик диффундирует назад к наружной поверхности мембраны, где он соединяется с новой молекулой вещества, и цикл повторяется.

Развивается тетрамернаямодель облегченного переноса согласно этой модели транспорт осуществляется не в результате присое­динения переносимого субстрата к подвижному переносчику, а путем «внутреннего» переноса субстрата через белковый тетрамер, встроенный в мембрану (фиксированный переносчик). Тетрамер состоит из симметрично расположенных субъединиц, две из которых характери­зуются высоким сродством к субстрату, а две - низким. Тетрамер мо­жет существовать в одной из двух энергетически эквивалентных кон­формаций, переход между которыми происходит только в том случае, когда молекула субстрата присоединяется к одной из субъединиц Этот конформационный переход и является непосредственной причи­ной переноса субстрата через мембрану.

Можно отметить ряд характерных отличий между облегченной и простой диффузией.