б.ф.Л.9 Выделение
.docx
Лекция 9. БИОФИЗИКА ВСАСЫВАНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ
❶. Введение
Одним из видов транспорта через биологические мембраны является трансцеллюлярный транспорт в почечном эпителии. Почечный эпителий содержит комплекс систем, которые согласованно функционируют для сохранения веществ, необходимых для жизнедеятельности и удаления веществ, представляющих угрозу в определенных концентрациях. В клетках почки осуществляется 2 вида трансцеллюлярного транспорта:
1.Реабсорбция – из просвета почечных канальцев в кровь.
2.Секреция – из крови в просвет почечных канальцев.
Кроме того, почечный эпителий сам способен синтезировать и затем секретировать ряд веществ в кровь или в просвет почечных канальцев. Эти особенности превалируют в разных разделах почечного нефрона: проксимального отдела, петли Генли и дистального отдела. Нарушение трансцеллюлярного и мембранного транспорта в почках ведет к возникновению различного типа дисфункций и патологий на уровне общего обмена в организме.
❷. Ассиметричный эпителий и его функции
Основной структурной и функциональной единицей почечного эпителия является ассиметричная клетка. Такое название она получила потому, что морфофункциональные отличия касаются ее апикальной и дистальной мембран.
Апикальная плазматическая мембрана, которая обращена в просвет почечных канальцев, имеет множество ворсинок, особенно в проксимальной части.
Дистальная плазматическая мембрана, которая обращена в кровь, имеет множество складок, содержащих скопление митохондрий.
В проксимальном отделе происходит активная реабсорбция и секреция электролитов и неэлектролитов, а в петле Генли и дистальном отделе реабсорбция электролитов и секреция катионов калия, протона и аммония. Одно и то же вещество может транспортироваться через ассиметричную клетку по-разному. Так, глюкоза через апикальную мембрану реабсорбируется вторично-активным транспортом, а через проксимальную в кровь – пассивным. Эти и другие виды транспорта обеспечивают функционирование на протяжении всего почечного канальца уникальной противоградиентной системы.
У поверхности клеток в апикальной части плазматические мембраны идут параллельно друг другу. Различают несколько типов межклеточных контактов:
1. Плотный – нексус (зона 0,4-0,6 мкм, ширина 16 нм).
2. Промежуточный (зона 0,2 мкм, ширина 20 нм).
3. Десмосома (зона 0,4 мкм, ширина 30 нм),
Зона нексуса непроницаема вообще для каких-то веществ, тогда как промежуточные или щелевые контакты отличает обязательное присутствие в их составе особых каналов диаметром 1,5-3 нм, проницаемых для низкомолекулярных веществ. Щелевые контакты получили название высокопроницаемых контактов. Они становятся чувствительными к механическому разобщению при удалении ионов кальция, алкалозе, действию гипертонического раствора. Их существование может обеспечить транспорт низкомолекулярных веществ в продольном направлении, например в случае движения к глубоким слоям многоклеточной структуры. Считают, что антидиуретический гормон, усиливающий транспорт воды примерно в 10 раз, изменяет проницаемость именно ВПК многослойного почечного эпителия.
Впервые предположил существование ассиметричности транспорта для ионов натрия Джонсен и Уссинг (1958 г.). В основе их двухмембранной модели лежит предложение о пространственно разделенных системах переноса ионов натрия через мембрану: пассивного и активного транспорта. Если наружная мембрана (апекс) клетки способна к пропусканию Na+ пассивно, то внутренняя с помощью Na+/К+-насоса удаляет этот ион наружу, создавая градиент для пассивного транспорта.
Ионы калия, которые закачиваются тем же насосом в клетку, покидают ее через внутреннюю мембрану, за счет направленного наружу градиента. Таким образом, общий мембранный потенциал будет складываться из потенциалов, образуемых ионами натрия и калия.
В настоящее время доказано, что:
1.Наружняя мембрана ассиметричной клетки проницаема только для ионов Na+ и Li+ и этот процесс протекает с помощью переносчиков пассивно. Эти переносчики не угнетаются блокаторами натриевых каналов.
2.Внутри ассиметричной клетки много ионов калия, для которых наружная мембрана практически не проницаема, а процесс выхода из клетки осуществляется через внутреннюю мембрану.
3.Чувствительный к ингибитору дыхания митохондрий 2,4-динитрофенолу, Na+/К+-насос, как оказалось, локализован на внутренней мембране. Его режим работы электронейтрален (1:1). Он удаляет ион натрия наружу, закачивая внутрь ион калия.
4.В многоклеточных структурах ионы натрия могут располагаться в подэпителиальной части (кожа) и в свободном состоянии во внутриклеточной жидкости (до 40%). Лишь его небольшая часть (8%) является транспортным фондом.
5.Представители систем облегченной диффузии анионного транспорта (симпорт, антипорт) с участием специфических переносчиков представлены в полной мере:
Na+/Cl--обмен
Na+/Na+--обмен
Na+/H+ -обмен
Na+/Ca2+-обмен
Cl-/HCO3 --обмен
Cl-/ Cl—обмен
______________________________
Это антипорт-котранспорт
_________________________________
K+/Cl-
Na+,K+,2Cl - Это симпорт-котранспорт
❸. Методы изучения трансцеллюлярного транспорта
- Микропункция и микроанализ - забор содержимого почечного канальца с помощью микропипетки диаметром 6-10 мкм
- Микроперфузия - изоляция участка почечного канальца с помощью гидрофобных пробок и заполнение просвета тестируемым веществом с последующим забором.
- Изотопных меток: натрия (Na22), рубидия в качестве заместителя калия.
- Метод короткозамкнутого тока Уссинга – при создании условий полной идентичности концентрационного состава растворов по обе стороны мембраны для исключения пассивного транспорта, подержание постоянного потенциала обеспечивается влиянием Na+/К+-насоса. Величина этого потенциала и есть вклад активного транспорта, и требуется режим короткозамкнутого тока для определения его значения.