5. Транспорт различных веществ через цитоплазматическую мембрану. Механизмы транспорта.

1) Пассивная диффузия.

Транспорт вещества происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (для неэлектролитов) или разности электрических потенциалов (для ионов) по обе стороны мембраны. Таким способом в клетку поступает преимущественно вода, кислород и некоторые ионы. Скорость переноса веществ в клетку незначительна.

Большинство растворенных веществ проходит через мембрану благодаря действию специальной системы переноса, включающей белки-переносчики и ферменты пермеазы. Пермеазы – это специфические ферменты, катализирующие связь субстрата с белком-переносчиком. Подобно аллостерическим ферментам, они имеют несколько активных центров, т.е. участков, связывающихся с определенным субстратом. Они являются субстратспецифичными, их синтез индуцируется субстратом. Пермеазы локализованы в цитоплазматической мембране и составляют значительную часть мембранного белка. Они связывают молекулы растворенных веществ на внешней поверхности мембраны и переносят их к внутренней, откуда эти вещества высвобождаются в цитоплазму.

С участием пермеаз осуществляется два типа переноса веществ: облегченная диффузия и активный транспорт.

2) Облегченная диффузия осуществляется по градиенту концентрации, т.е. от большей концентрации к меньшей. Молекула вещества соединяется с молекулой-переносчиком у наружной поверхности мембраны, образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к ее внутренней стороне. Там он диссоциирует, и освобожденное вещество оказывается внутри клетки. Затем переносчик возвращается к наружной поверхности и может присоединять новую молекулу вещества. Облегченная диффузия отличается от пассивной тем, что она осуществляется при помощи пермеаз, но без затрат энергии. Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе. Считают, что выход продуктов метаболизма из клетки происходит по типу облегченной диффузии.

3) Активный транспорт осуществляется против градиента концентрации, т.е. от меньшей концентрации к большей. Этот процесс, в отличие от облегченной диффузии, всегда сопровождается расходованием энергии. На перенос каждой молекулы субстрата затрачивается одна молекула АТФ, образующаяся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке. Большинство веществ проникает в клетку микроорганизмов в результате активного транспорта.

4) Перенос (транслокация) групп.

Перенос групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется. Таким способом у микроорганизмов транспортируются сахара: внутри цитоплазматической мембраны сахар связывается с фосфорилированным ферментом, образующийся фосфорный эфир освобождается и поступает в цитоплазму.

Таким образом, удовлетворение пищевых потребностей микроорганизмов зависит не только от внутреннего комплекса ферментов, необходимого для утилизации определенных соединений, но и от действия специфических транспортных механизмов

Медицинское значение селективной проницаемости мембран клетки

клеточная мембрана (цитоплазматическая мембрана, плазмолемма). Она обладает избирательной проницаемостью и регулирует поступление в клетку одних веществ и выход из неё во внешнюю среду других. Нормальная проницаемость цитомембраны – главное условие в гомеостазе клетки. Цитомембрана построена одновременно и как барьер, и как проход для всех субстанций, которые проникают в клетку или ее покидают. Она поддерживает внутренний химический состав клетки посредством избирательной проницаемости и транспортировки Изменения проницаемости мембран. Важная роль в осуществлении проницаемости мембран принадлежит гликокаликсу и взаимодействию мембранных белков с цитоскелетом, а также гормонам, взаимодействующим с мембранными рецепторами. Изменения проницаемости могут быть тяжелыми (необратимыми) или поверхностными. Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами (ртуть, уран). Тяжелые металлы резко увеличивают проницаемость мембраны для натрия, калия, хлора, кальция и магния, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Увеличение поверхности клеточной мембраны за счет мембран микропиноцитозных пузырьков является признаком резкого набухания клетки и ее гибели. Увеличение объема клетки за счет поступления большого количества воды в связи с аномалией осмотического давления сопровождается появлением щелей и даже разрывов в мембране. Если разрывы не увеличиваются, то щели закрываются и исчезают. Утолщение клеточной мембраны может быть связано с уменьшением количества ионов кальция во внеклеточной жидкости. При этом изменяется проницаемость мембраны для ионов натрия и калия и в клетке накапливается жидкость.