БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ.

Основные вопросы темы

1. Пассивный транспорт веществ через биологические мембраны. Простая и облегченная диффузия.

2. Математическое описание процесса пассивного транспорта.

3. Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта ионов на примере натрий-калиевого насоса.

§1. Пассивный транспорт веществ через биологические мембраны. Простая и облегченная диффузия.

Любая клетка организма имеет наружную оболочку – мембрану. Ее часто называют плазматической. Основу мембраны составляет двойной слой липидов (липидный бислой). Особенностью липидной молекулы является то, что она состоит из двух частей с разными электрическим свойствами:

1) из головки, которая имеет отрицательный электрический заряд или неравный нулю дипольный момент (в этом случае она похожа на электрический диполь. Электрический диполь это два одинаковых по величине, но разных по знаку электрических заряда +q и –q, которые находятся на расстоянии l друг от друга, вектор направлен от отрицательного заряда к положительно­му (см.рис.1). Векторназывают дипольным или электрическим мо­ментом диполя.Если молекула или часть молекулы имеют неравный нулю дипольный мо­мент или электрический заряд, то их называют полярными).

Головка – это полярная часть молекулы липида, которая хорошо взаимодействует с другими полярными молекулами, например, с водой. Поэтому головку называют гидрофильной частью липида;

2) из двух неполярных хвостов. Они не взаимодействую с водой, но взаимодействуют с неполярными молекулами. Хвосты – гидрофобная часть липида.

В состав мембраны входят также белки. Часть этих белков проходит через всю толщину мембраны и образует белковые каналы (поры).

Мембрана регулирует поступление в клетку молекул и ионов и выход их наружу из клетки.

Транспорт (перенос) веществ через клеточную мембрану называется пассивным, если клетка не тратит на него энергию метаболических процессов, которые в ней происходят.

Существует три вида пассивного транспорта различных веществ че­рез мембрану:

1.Перенос веществ путем их растворения в липидном бислое. Именно так неполярные, главным образом, органические вещества движутся из области их большей концентрации в область меньшей концентрации через липидный бислой мембраны (рис.2а). Так переносятся многие лекарственные препараты.

Органические соединения, которые имеют полярные группы (OH, COOH, NH₂), значительно хуже растворяются в липидах мембран из-за их взаимодействия с полярными головками. Для них такой переход через мембрану затруднен.

2. Перенос веществ через белковые каналы (поры) в клеточной мембране. Так проникают через нее неорганические полярные молекулы и ионы металлов, нерастворимые в липидах (рис.2б).

Первый и второй виды пассивного транспорта называются простой диффузией.

3.Облегченная диффузия. В этом случае перенос вещества через мембрану происходит с помощью специальных молекул – переносчиков. При облегченной диффузии вещество переносится из области его высокой кон­центрации в область с меньшей концентрацией с большей скоростью, чем при простой диффузии.

Так переносятся D-глюкоза, L-аминокислоты, ряд ионов металлов и т.д.

Для каждого вещества или иона существует свой определенный пере­носчик.

Известны два вида облегченной диффузии:

а) перенос с помощью подвижного переносчика: молекула переносчи­ка захватывает вещество, которое нужно перенести на одной стороне мембраны и вместе с ним движется через липидный бислой на другую сто­рону мембраны. Затем возвращается назад и процесс повторяется (рис.2в);

б) эстафетный перенос: молекулы-переносчики, которые "сидят" в мембране, передают друг другу переносимое вещество как спортсмены эс­тафетную палочку (рис.2г).