Лекция 1. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ.

МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ КЛЕТКИ.

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.

4. Возникновение мембранных потенциалов клетки. Равновесные потенциалы. Уравнение Нернста.

5. Потенциал покоя клетки

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 электрическими свойствами.

Во-первых, из головки, которая имеет отрицательный электрический заряд или неравный нулю дипольный момент. Головка – это полярная часть молекулы липида. Напомним, что если молекула или часть молекулы имеют неравный нулю дипольный мо­мент или электрический заряд, то их называют полярными.

Головка хорошо взаимодействует с другими полярными молекулами, например, с водой. Поэтому ее еще называют гидрофильной частью липида;

Вторая часть липидной молекулы - два неполярных хвоста. 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 и 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.1а). Так, например, переносятся многие лекарственные препараты и кислород.

2. Перенос веществ через белковые каналы и поры, образованные интегральными белками клеточной мембраны. Так проникают через нее неорганические полярные молекулы и ионы металлов, нерастворимые в липидах (рис.1б). Отметим различие пор и каналов: поры пропускают все молекулы, диаметр которых меньше диаметра поры, каналы специфичны для каждого вида ионов (Na⁺-каналы, Сa²⁺-каналы).

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 ее другую сто­рону. Затем возвращается назад и процесс повторяется (рис.1в);

б) эстафетный перенос: молекулы-переносчики, которые "сидят" в мембране, передают друг другу переносимое вещество как спортсмены эс­тафетную палочку (рис.1г).