3.6. Диффузия веществ

Пассивный способ, или механизм перемещения веществ осуществляется за счет: диффузии, облегченной диффузии, осмоса.

Диффузия – простейший способ перемещения веществ в клетках. Этим способом проходят вещества, способные растворяться в липидах (простые и сложные эфиры, жирные кислоты и др.)

В облегченной диффузии участвует белок переносчик. В этом случае белок переносчик, находящийся в мембране, на одной стороне мембраны соединяется с молекулой или ионом и, пройдя вместе с ними через мембрану, отдает его на другой стороне. Так транспортируется, например, глюкоза.

Осмос – это прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану, в частности, через клеточную мембрану. Вода переходит через мембрану из более разбавленного раствора в более концентрированный.

Диффузия – это наиболее важный процесс, благодаря которому большая часть молекул в водных растворах свободно перемещается на небольшие расстояния. Процессу диффузии не препятствуют клеточные мембраны. Множество веществ свободно диффундируют через липидные мембраны, особенно вода и растворенные газы (кислород и углекислый газ), а также жирорастворимые вещества. Другие вещества: ионы сахара, аминокислоты и нуклеотиды преодолевают мембрану через поры транспортного белка.

Внутри такого транспортного белка имеются каналы диаметром 1 нм. (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема белка, образующего канал, погруженный в липидный слой мембран

Вещества движутся по данным каналам по градиенту концентрации. Другими словами, диффузия незаряженных молекул обеспечивается разностью концентраций, и когда концентрация уравновешивается, перемещение веществ прекращается. В том случае, если вещества несут заряд, то их движение регулируется другими механизмами и в частности – ионным каналом и мембранным потенциалом.

3.7. Организация канала

При движении ионов через специфические каналы возникает ток определенной величины, который можно регистрировать приборами. Регуляции самого ионного канала заключаются в том, что молекулярные группы преодолевают определенные кинетические (изменяющиеся по состоянию), как бы волнообразные энергетические барьеры, которые существуют внутри канала (см. рис 3). Каждый канал имеет свой энергетический профиль. Организация канала варьируется (изменяется) для различных ионов, т.е. обладает избирательностью.

Таким образом, мембранные каналы обладают относительной избирательностью по отношению к типу молекул. Например, липидные слои практически непроницаемы для заряженных молекул.

В этой связи, существуют соответственно калиевые, натриевые и кальциевые специфические каналы, которые непроницаемы для других ионов. Разные типы мембран содержат от 1 до 50 специфических каналов на 1 квадратный мкм. Проницаемость – способность мембраны пропускать частицы. Значения проницаемости для различных ионов используются в физиологии для расчета мембранного потенциала. Кроме того, избирательность (проницаемость) канала обусловлена зарядом или структурой мест связывания в стенках канала.

Рис. 3. Схематичное изображение энергетического профиля канала