36. Пиноцитоз и фагоцитоз кс. Основные этапы.

Транспортные белки (переносчики, АТФазы) способствуют проникновению через клеточные мембраны многих полярных молекул небольшого размера,однако они не способны транспортировать макромолекулы, например белки, полинуклеотиды, полисахариды а также твердые частицы. При переносе макромолекул или твердых частиц происходит инвагинация мембраны с последующим образованием пузырьков (везикул). Например для того чтоб секретировать инсулин, клетки индуцирующие этот гормон упаковывают его во внутриклеточные пузырьки, которые сливаются с плазматической мембраной и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая инсулин. Подобный процесс называется экзоцитозом.

Клетки способны также поглощать макромолекулы и частицы и в обратном направлении. Этот процесс называется эндоцитозом (внутрь клетки).

Пиноцитоз подразделяется на несколько этапов:

1)адсорбция молекул вещества на мембране

2)впячивание или выпячивание мембраны, образование пиноцитозного пузырька и отрыв его от мембраны с затратой энергии АТФ

3)миграция пузырька внутрь протопласта, органеллы или наружу

4)растворение мембраны пузырька (при действии фермента) или просто ее разрыв

Исходя из функционирования транспортных механизмов на мембранах последние делят на четыре типа:

1.Мембраны через которые транспорт веществ осуществляется путем простой диффузии, а скорость переноса прямо пропорциональна разности концентраций по обеим сторонам мембраны.

2.Мембраны данного типа характеризуются наличием в них специфического переносчика, обеспечивающего облегченную диффузию и способствует всасыванию ряда веществ, плохо проникающих через мембраны первого типа из-за высокой степени ионизированности или высокой гидрофильности.

3.Наиболее сложные из всех. Способны при необходимости переносить вещества против градиента концентрации. Эта система активного транспорта требует затраты энергии, высокочувствительна к изменениям температуры.

4.Отличается от первого типа наличием пор (каналов) диаметр которых можно оценить по размерам самых больших молекул, проникающих через них.

Фагоцитоз — процесс поглощения, разрушения и выделения из организма патогенов.В человеческом организме ответственными за него являются моноциты и нейтрофилы.Процесс фагоцитоза бывает завершенным и незавершенным.   Завершенный фагоцитоз состоит из следующих стадий: •    активация фагоцитирующей клетки; •    хемотаксис или движение к фагоцитируемому объекту; •    прикрепление к данному объекту (адгезия); •    поглощение этого объекта; •    переваривание поглощенного объекта.

Незавершенный фагоцитоз прерывается на стадии поглощения, при этом патоген остается живым. В процессе фагоцитоза образуются следующие структуры:

- фагосома – образуется после прикрепления фагоцита к объекту путем замыкания его мембраны вокруг патогена;

- фаголизосома – образуется в результате слияния фагосомы с лизосомой фагоцитирующей клетки. После ее образования начинается процесс переваривания.

36. Пассивный транспорт кс. Общие закономерности, виды пассивного транспорта. Движущие силы пассивного транспорта.

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 сравнительно легко проникают в клетки. Гидрофобные груп­пы способствуют увеличению проникающей способности, полярные -ее уменьшению.

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.

молекуле, приходит путь ∆х, не обязательно равный толщине мембраны. Коэффициент распределения определяют, используя в качестве липидной фазы оливковое масло, а не истинные липиды, что вводит некоторую неопределенность в величину К. Зави­симость D от х неизвестна. Поэтому Р = DKp/Ax (коэффициент проницаемости) единственной из­меряемой величиной, характеризующей мембрану и переносимое рас­творенное вещество, вычисляется:

dS/dt = PA(C^H-C^B),

где размерность Р - длина в единицу времени (т. е. скорость), см/с.

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.

Для различных веществ способность проникать через мембрану определяется и коэффициентом распределения. 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.

Коэффициент распределения некоторого вещества зависит от спо­собности его молекул к образованию водородных связей. соединение с одинаковым коэффициентом распределения в систе­ме липид-вода скорость диффузии через мембрану варьирует в зависимости от пространственной структуры молекул.

Пассивный перенос - это движение вещества по градиенту элек­трохимического потенциала без затраты энергии, т. е. движущей силой пассивного транспорта веществ служит градиент электрохимического потенциала. Электрохимический потенциал (р) характеризуется сво­бодной энергией некоторого вещества j.

Химический потенциал это относительная величина, т. е. он определяется условным уровнем энергии (вводится константа аддитивности или стандартный член и*):

µ_j= µˉ_j* + RTlnCj + ZjFᴪ. (5.4)

перенос через мембрану незаряженных частиц уравнение (5.4) упрощается и химический потенциал вещества можно выразить как функцию его концентрации (активности):

µ_j = µˉ_j* + RTlnCj. (5.5)

µ_j- энергия на единицу количества вещества (Дж/моль); Cj -концентрация вещества; Z_i - заряд; ᴪ - электрический потенциал; R -газовая постоянная; Т - абсолютная температура.

Фактор RT, на который умножается величина InCj, для перевода активности в единицы энергии на 1 моль.

систему в равновесия, когда электрохи­мический потенциал вещества одинаков по обеим сторонам мембраны, то:

µ_j ^в= µˉ_j^н . (5.6)

В этом случае нет градиента электрохимического потенциала и ника­кая движущая сила не действует на переносимый ксенобиотик; он про­ходит в результате беспорядочного теплового движения, но при этом два противоположно направленных потока сбалансированы. В этом случае

RTlnCj" + ZjFᴪ^н = RTlnC^в / + Z_j Fᴪ^в, (5.7)

и соотношение для разности электрических потенциалов (∆ᴪ_р = ᴪ^B-ᴪ^н) будет иметь вид:

RT Cj^H

∆ᴪ_р = –– In –– . (5.8)

Z_jF Cj^B

Величину ∆ᴪ_р называют потенциалом Нернста. Экспериментально измерив мембранный потенциал и концентрацию ионов по обе сторо­ны мембраны, (5.8) можно предсказать на­правление пассивного переноса ксенобиотика.

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.

Для объяснения высокой проницаемости клеточных мембран по отношению к сахарам, аминокислотам и некоторым другим соединениям была выдвинута концепция «переносчиков», связывающихся с транспортируемым веществом и «облегчающих» их прохождение через мембрану. Происходит по градиенту концентрации без затрат энергии и относится к пассивному транспорту.

Механизм: соединение транспортируемого вещества + переносчиком = комплекс вещество–переносчик => диффундирует к внутренней поверхности мембраны => комплекс диссоциирует с высвобождением вещества внутрь клетки. Свободный переносчик диффундирует назад, где соединяется с новой молекулой вещества, и цикл повторяется.

Развивается также тетрамерная модель облегченного переноса. Транспорт осуществляется путем «внутреннего» переноса субстрата через белковый тетрамер, встроенный в мембрану (фиксированный переносчик). Тетрамер 4 субъединицы: 2 – с высоким, 2 – с низким сродством к электрону. Может существовать в 2х конформациях. Конформационный переход является причиной переноса субстрата через мембрану.

отличия между облегченной и простой диффузией:

1. При простой диффузии поток вещества пропорционален внешней концентрации и все время возрастает с увеличением последней.

При облегченной диффузии кривая, описывающая поток веществ через мембрану, стремится к насыщению при концентрациях, обеспечивающих связывание всех молекул переносчика.

2. Наличие специфических переносчиков, взаимодействующих с веществами определенного строения, обусловливает резко выраженную зависимость проникающей способности вещества от его химической структуры и от пространственной конфигурации его молекул.

3. Облегченная диффузия, в отличие от простой, может ингибироваться некоторыми соединениями, которые блокируют переносчик.

Процесс переноса веществ через мембраны с помощью переносчика описывается в рамках кинетики Михаэлиса – Ментен.Скорость переноса пропорциональна концентрации вещества в интервале низких концентраций, а затем снижается по мере ее роста и в конце концов приближается к максимуму.

поток вещества, например, внутрь клетки Ф^ВН, в этом случае описывается соотношением:

Ф^ВН = С^В_j * Ф^вн_мах / Kj + С ^Н_j

где Ф^вн_мах - максимальная скорость переноса j-ксенобиотика; Kj - кон­станта, характеризующая сродство вещества к переносчику; С^н — кон­центрация веществ в наружной среде.

При Kj = Cj поток равен половине максимального пото­ка. графическое определение константы сводится к полумаксимальной величины потока и экстраполяции на точки пересечения оси абсцисс (см. рис. 5.3): чем ниже величина Kj, тем вы­ше сродство транспортируемого вещества к переносчику.