Общие функции цитоплазматической мембраны:

• Граница клетки

• Транспорт веществ в клетку и из клетки

• Место, где протекает большинство биохимических реакций ( белки- ферменты)

• Рецепция и сигнализация: воспринимает сигналы извне и преобразует их в команды, регулирующие внутриклеточные процессы.

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.

Движущая сила – градиент ( разность концентраций)

Градиент концентрации – некий запас потенциальной энергии, который реализуется при движении вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Виды трансмембранного транспорта

Пассивный транспорт:

• По grad c

• Без дополнительных затрат

• Виды:

  • Диффузия

  • Осмос

Активный транспорт:

• Против grad c

• С доп. Затратами

• Виды

  • Первично активный транспорт ( АТФ)

  • Вторично активный транспорт ( grad c другого вещества)

Закон диффузии Фика

Осмос – движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в область с большей концентрацией.

Осмотическое давление – величина гидростатического давления, которое нужно приложить, чтобы воспрепятствовать осмотическому движению молекул растворителя.

Осмолярность – величина осмотически активных веществ.

Изотонический раствор - раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению данного раствора. ( для клеток человека – рр NaCl 0,9%)

Очаг воспаления сопровождается отеком. Крупные молекулы разрушаются на более мелкие. Увеличивается осмолярность. Привлекается жидкость. На этом принципе основывается применение гипертонических соляных повязок. На этом же основании применяется солевое слабительное.

Облегченная диффузия – пассивный транспорт при участии специальных белков-ферментов.

Активных транспорт.

Вещество перемещается против grad C

Первично активный транспорт:

• Энергия гидролиза АТФ ( транспортная система – катализатор гидролиза)

  • Na/K-АТФаза

  • Ca-АТФаза

• Перемещается одно ( унипорт) или несколько веществ ( контрапорт)

Вторично активный транспорт:

• Энергия, запасенная в grad C другого вещества ( как правило натрия)

• Всегда котранспорт ( Na – пассивно, др вещество – активно)

  • Однонаправленный ( симпорт) – всасывание глюкозы

  • Разнонаправленный ( антипорт) - обменники ( Na/Ca обменник)

Мембрана гидрофобна – свободно проходят вещества, растворимые в липидах:

• Стероидные гормоны ( производные холестерина)

• Недиссоциированные жирные кислоты

• Неполярные молекулы ( O2, NO, CO2, CO)

Большинство органических молекул содержат ионизированный остаток фосфорной кислоты – не проходят через мембрану и остаются снаружи/внутри

Мелкие ионизированные и полярные молекулы перемещаются с помощью гидрофильных белковых структур: каналов и переносчиков.

Вода – полярная молекула. Но она свободно проходит через мембрану:

• Мелкие размеры молекулы

• Подвижность липидов

• Аквапорины – водные каналы мембраны

В 2003 году «За исследование свойств каналов клеточной мембраны» Питер Агр получает нобелевскую премию по химии.

Молекулярная организация и принцип работы ионных каналов.

Нобелевская премия в области физиологии и медицины «За изученние структуры и свойств ионных каналов»

Строение ионного канала

Интегральный трансмембранный белок, как правило, состоит из 5 субъединиц. Каждая пересекает толщу мембраны.

Устья канала

Фильтр

Центральная пора

Ворота

Формы жизни ( состояния) ионных каналов

Открытое состояние – возможно движение иона

Закрытое состояние – движение иона невозможно. Под действием адекватного раздражителя раскрывается. Для Na –ионных каналов:

Инактивированное состояние – движение закрыто. Канал не открывается.

Виды ионных каналов

Селективные и неселективные

Определяется соотношением:

• Размер поры/иона и его гидратной оболочки

• Заряд иона/канала

Селективные ионные каналы: K⁺, Cl^-, Ca²⁺

Неселективные ионные каналы

Управляемые ( воротные) и неуправляемые ( каналы утечки, каналы покоя)

Неуправляемые каналы открываются в покое без внешнего воздействия.

Управляемые каналы в покое закрыты и открываются при воздействии.

Основа открытия и закрытия ворот – изменение конформации белка.

Потенциал-зависимые каналы: канал открывается и закрывается при изменении заряда мембраны ( мембранного потенциала). В структуре есть сенсор напряжения ( заряженная белковая часть, при изменении напряжения меняет свою конформацию) .

Лиганд-зависимые ионные каналы: каналы открываются при присоединении сигнальной молекулы ( лиганда). Могут активироваться как снаружи( гормоны, медиаторы), изнутри ( вторичные посредники). Содержат рецептор, обладающий высоким сродством к лиганду.

Механо-чувствительные ионные каналы: открываются при растяжении мембраны. Они характерны для цитоплазматической мембраны гладких миоцитов.

Ионные каналы – мишень для действия токсинов и лекарств. ( местные анестетики)

Потенциал-зависимые na- каналы.

• Тетродотоксин (иглобрюх)

• Местные анестетики, лидокаин

Потенциал зависимые К-каналы:

• Яд черной мамбы

Патология cl –каналов

• муковисцидоз

Патология Na – каналов:

• Эпилепсия с приступами лихорадки.