45. Tranziții de fază în membranele biologice. Caracteristicile și semnificația lor funcțională.
Membrana lipidică este o structură dinamică, structura bistratificată se poate schimba în timpul vieții sau când se schimbă condițiile fizice. Tranzițiile de fază ale membranei apar între două stări: gelul și cristalul lichid.
· Toate lanțurile acilice au o trans-conformație și sunt întinse paralel una cu alta.
· Grosimea membranei este mai mare.
· Suprafața per moleculă este mai mică.
· Membrana în ansamblu este mai compactă.
2. Cristal lichid:
· Deseori există tranziții trans-gosh, mișcări.
· Grosimea membranei este mai mică.
· Suprafața pe moleculă este mai mare.
· Ordinea și compactitatea sunt mai mici, entropia sistemului este mai mare.
Tranziția între aceste două faze este o tranziție de prim ordin.
Într-o matrice de o fază, poate exista un număr mare de domenii microscopice ale unei alte faze.
Tranzițiile de fază au loc la o anumită temperatură, în funcție de compoziția lipidelor.
În timpul tranziției de fază, poate să apară o creștere a conductivității pasive a membranei, care este asociată cu formarea canalelor la limita segmentelor de membrană având o stare de fază diferită. Acest proces stă la baza termorecepției și a chemorecepției.
46. Oxidarea radicalilor liberi în membranele biologice. Caracteristica procesului și semnificația sa pentru celulă.
Oxidarea radicalilor liberi este asociată cu formarea radicalilor de acizi grași sub acțiunea speciilor reactive de oxigen și a peroxidului. Formarea formelor active de oxigen începe cu adăugarea unui electron la o moleculă de oxigen.
În acest caz, se poate forma un radical de ioni de superoxid, peroxid și hidroxil.
Aceste forme sunt foarte reactive și interacționează cu aproape orice substanță.
Este posibil să se atașeze peroxidul la dubla legătură a acizilor grași lipidici. Aceasta conduce la formarea de peroxizi de lipide, care, la rândul lor, sunt și compuși foarte activi. Ca rezultat, ele interacționează între ele pentru a forma legături încrucișate între moleculele lipidice. Acest proces conduce la o creștere a numărului de molecule comandate cu mobilitate limitată, permeabilitatea membranei crește.
Pentru a elimina acțiunea ROS în celulele operează antioxidant sistem superoxid dismutaza, catalaza, peroxidaza și sisteme care vizează dezactivarea oxigenului singlet: # 945; - tocoferol, # 946; -caroten.
47. Transportul substanțelor prin membrane. Caracteristicile termodinamice ale procesului. Echilibrul ionic în sistemele cu membrană. Ecuația Nernst pentru potențialul de echilibru.
Transportul substanțelor prin membrane este împărțit în active și pasive. Transportul pasiv urmărește întotdeauna gradientul potențialului electrochimic până când diferența de potențial este zero. Transportul activ se opune gradientului potențial, conduce la o creștere a potențialului membranei și utilizează surse externe de energie. Potențialul chimic este o cantitate numerică egală cu energia Gibbs pentru 1 mol de substanță la presiune constantă și temperatură. Potențialul electrochimic ia în considerare sarcina particulelor plasate într-un câmp electric constant.
În condiții de echilibru, potențialul electrochimic al celor două soluții este egal:
Din această relație este posibil să se obțină formula Nernst pentru potențialul de echilibru:
Ulterior, Hodgkin a derivat o formulă pentru potențialul creat de mai mulți ioni:
48. Teoria electrodifuziei transportului pasiv. Ecuația lui Nernst-Planck. Concluzia și decizia lui.
Fluxul de materie prin membrană se supune ecuației Theorell:
Substituind aici ecuația potențialului electrochimic, obținem:
Ultima expresie este ecuația lui Nernst-Planck, arată două motive pentru transportul substanțelor pe membrană: gradientul de concentrație și gradientul potențialului electric.
Abordarea Planck-Handelson a presupus electroneutralitatea membranei și egalitatea concentrațiilor de cationi și anioni pe diferitele părți ale membranei. În consecință, atunci egalitatea cationilor și a fluxurilor de anioni
Goldman a sugerat liniaritatea potențialului electrochimic în grosimea membranei:
Apoi soluția ecuației pentru concentrațiile de ioni la marginile membranei va fi după cum urmează:
Hodgkin a sugerat în continuare că concentrațiile de ioni de la marginea membranei sunt proporționale cu concentrațiile din soluțiile corespunzătoare.
Apoi se transformă ecuația Goldman
49. Transport pasiv de substanțe nepolare. Ecuația Nernst-Planck pentru transportul substanțelor nepolare. Legea lui Fick. Mecanisme de transport al compușilor nepolari.
Ecuația Nernst-Planck prezintă două motive pentru transportul substanțelor pe membrană: gradientul de concentrație și gradientul potențialului electric. Pentru substanțele nepolare (z = 0), formula se reduce la legea difuzării Ficke:
Legea difuziei Fick arată că transportul moleculelor nepolare depinde doar de permeabilitatea moleculelor, care este exprimat în coeficientul de difuzie și este proporțional cu diferența de concentrație.
Există trei mecanisme de transport pasiv de substanțe nepolare: difuzie simplă, difuzie facilă și filtrare.
Simpla difuzie a substanțelor nepolare nu necesită prezența unor structuri speciale și depinde numai de solubilitatea lipidică - lipofilicitatea - și de viscozitatea membranei.
Difuzia de lumină pentru substanțele nepolare are loc cu participarea vectorilor speciali. Acest transfer poate apărea în simport sau antiport cu alte substanțe.
Transportul prin pori sau canale - structuri speciale de membrană, transport prin care depinde numai de gradientul de concentrație. Canalele sunt structuri reglementate.
În același timp, este posibilă și transportul activ al substanțelor nepolare împotriva gradientului concentrației lor.
50. Ecuația lui Goldman. Concluzia și semnificația sa fizică. Conceptul de permeabilitate și conductivitate a unei membrane.
Ecuația Nernst-Planck prezintă două motive pentru transportul substanțelor pe membrană: gradientul de concentrație și gradientul potențialului electric.
Goldman a sugerat liniaritatea potențialului electrochimic în grosimea membranei:
Apoi soluția ecuației pentru concentrațiile de ioni la marginile membranei va fi după cum urmează:
Hodgkin a sugerat în continuare că concentrațiile de ioni de la marginea membranei sunt proporționale cu concentrațiile din soluțiile corespunzătoare.
Apoi se transformă ecuația Goldman
51. Clasificarea transportului de substanțe prin membrane. Caracteristicile termodinamice și biologice ale anumitor moduri de transport.
În primul rând, transportul de substanțe prin membrane este împărțit în active și pasive.
Transportul pasiv: difuzie simplă, difuzie facilă și filtrare.
Transportul activ: transport primar activ și secundar activ.
Un tip particular de transport este transportul vezicular.
1. Difuzie simplă. Simpla difuzie a nonlectroliților nu necesită prezența unor structuri specializate, depinde numai de lipofilitate și de gradientul de concentrație. În cazul general, difuzia depinde de dimensiunea particulei: Probabilitatea difuziei moleculelor mari prin membrană este mai mică. Simpla difuzie a electroliților este împiedicată de prezența potențialului membranar și a hidrofilității, astfel încât difuzia de electroliți necesită participarea unor canale selective speciale în membrană. Electroliții joacă un rol important în viața celulelor și transportul electroliților poate fi reglat prin schimbarea permeabilității canalelor.
2. Difuzarea luminii. Se desfășoară cu participarea unor vectori specializați. Transferul este mult mai rapid decât difuzia simplă. Cu ajutorul său, transferul de aminoacizi, monozaharide, anumite ioni.
3. Filtrarea se realizează prin formațiuni speciale în membrană - porii prin care poate să apară transportul nespecific al soluțiilor. Filtrarea are loc de-a lungul gradientului de presiune hidrostatică și depinde de vâscozitatea soluției și de dimensiunile porului.
4. Transport primar activ. Acesta este întotdeauna conjugat cu utilizarea energiei ATP și transportă substanțe împotriva gradientului de concentrație. Transportatorii sunt foarte specifici cu privire la particulele transportabile și pot fi reglementate.
5. Transport secundar activ. Este un caz particular de difuzie facilitat, dar transportul unei substanțe împotriva gradientului de concentrație este asociat cu transportul unei alte substanțe de-a lungul gradientului de concentrație. Există două cazuri posibile: simport și antiport, în funcție de direcția transportului.
6. Transport vezicular. Transportul se efectuează în membrane închise. Transportul este asigurat prin fuziunea și separarea veziculelor membranei, un caz special fiind procesele de fagocitoză și pinocitoză. Aceasta este singura modalitate de a transporta particule mari formate dintr-un număr mare de molecule.
52. Transportul ionic prin canale. Principalele proprietăți ale canalelor ionice. Plan general pentru structura canalului ionic. Principiile fizice ale canalului ionic.
Canalele ionice sunt proteine integrale care asigură transportul ionic pasiv de-a lungul gradientului de concentrație. Energia pentru transport este diferența în concentrația de ioni de ambele părți ale membranei (gradientul ionic transmembranar).
Canalele neselective au următoarele proprietăți:
• Toate tipurile de ioni sunt transmise, dar permeabilitatea ionilor K + este mult mai mare decât pentru alți ioni;
• Întotdeauna în stare deschisă.
Canalele selective au următoarele proprietăți:
• este trecut un singur tip de ioni; pentru fiecare tip de ioni există un fel de canale;
• poate fi în una din cele 3 stări: închisă, activată, inactivată.
Permeabilitatea selectivă a canalului selectiv este asigurată de un filtru selectiv, care este format dintr-un inel de atomi de oxigen încărcați negativ, care este situat în cel mai îngust punct al canalului.
Schimbarea stării canalului este asigurată de funcționarea mecanismului porții, care este reprezentat de două molecule de proteine. Aceste molecule de proteine, așa-numitele porți de activare și porți de inactivare, schimbând conformația lor, pot suprapune canalul ionic.
Pentru canalul dependent de potențial, în stare de repaus porțile de activare sunt închise, poarta de inactivare este deschisă (canalul este închis). Când sistemul de semnal poartă este activat, porțile de activare se deschid și transportul ionic pornește prin canal (canalul este activat). Cu o depolarizare semnificativă a membranei, poarta de inactivare se închide și transportul de ioni se oprește (canalul este inactivat). Când se restabilește nivelul MP, canalul revine la starea inițială (închisă).
În funcție de semnalul care declanșează porțile de activare, canalele ionice selective sunt împărțite în:
· Reglarea chimosensibilă - ligand;
· Potențial dependentă - reglarea prin potențialul membranei;
Mecanosensibil - reacționează la deformarea membranei.
53. Reglementarea canalelor ionice. Mecanisme de reglementare. Blocarea farmacologică a canalelor de ioni.
Schimbarea stării canalului este asigurată de funcționarea mecanismului porții, care este reprezentat de două molecule de proteine. Aceste molecule de proteine, așa-numitele porți de activare și porți de inactivare, schimbând conformația lor, pot suprapune canalul ionic.
Pentru canalul dependent de potențial, în stare de repaus porțile de activare sunt închise, poarta de inactivare este deschisă (canalul este închis). Când sistemul de semnal poartă este activat, porțile de activare se deschid și transportul ionic pornește prin canal (canalul este activat). Cu o depolarizare semnificativă a membranei, poarta de inactivare se închide și transportul de ioni se oprește (canalul este inactivat). Când se restabilește nivelul MP, canalul revine la starea inițială (închisă).
În funcție de semnalul care declanșează porțile de activare, canalele ionice selective sunt împărțite în:
· Reglarea chimosensibilă - ligand;
· Potențial dependentă - reglarea prin potențialul membranei;
Mecanosensibil - reacționează la deformarea membranei.
Odată cu aceasta, există mecanisme de blocare a canalelor. Aceste mecanisme sunt împărțite condițional în natură și artificiale.
În condiții naturale, blocarea poate să apară prin legarea unui agent de blocare în lumenul canalului sau prin legarea alosterică a agentului, ceea ce determină stabilizarea stării închise a canalului.
De asemenea, este posibilă blocarea canalelor artificiale. Inhibitorii canalelor de sodiu sunt tetrodotoxina, saxitoxina - legarea necompetitivă în lumenul canalului. Anestezicele locale, novocaine, se leagă competitiv și nu acționează într-un mediu acid, fiind deplasate de protoni. Strychnine este un blocant alosteric al canalelor de sodiu.
Tetraetilamoniu este un inhibitor al canalelor de potasiu necompetitive.
54. Difuzarea luminată. Caracteristicile procesului.
Difuzarea de lumină este un mecanism de transport pasiv care implică participarea unor vectori specifici. Transferul are loc de mai multe ori mai rapid decât difuzia simplă.
Transferul unei substanțe difuzate prin difuzie de-a lungul gradientului de concentrație poate fi conjugat la un al doilea transport activ al altei substanțe față de gradientul său de concentrație.
Transferul poate fi realizat prin mecanisme diferite:
1. Migrație - vectorul se mișcă în interiorul membranei de la o suprafață la alta. În acest caz, purtătorul poate rămâne în planul membranei și poate atașa substanța numai pe suprafețele membranei și poate trece dincolo de membrană și poate atașa substanța în soluție. Mecanisme de caruseluri mici și mari.
2. Rotational - există o rotire a moleculei purtătoare în jurul axei sale, situată în planul membranei.
3. Schimbare - există o schimbare în transfigurarea transportorului, nu se produce o rotație completă a moleculei purtătoare, grupurile individuale sunt fixate în stratul lipidic.
Transportatorii sunt foarte specifici substanțelor tolerate.
Viteza difuziei luminii are proprietatea de saturație, apare atunci când toate moleculele purtătoare sunt ocupate.
55. Potențialul de odihnă al membranei. Mecanismele sale. Calcularea potențialului membranei.
Potențialul de repaus al membranei se datorează în principal eliberării K + din celulă prin canale ionice neselective. Scurgerea de la o celulă de ioni încărcați pozitiv duce la faptul că suprafața interioară a membranei celulare este încărcată negativ cu suprafața exterioară.
Potențialul membranei care rezultă din scurgerea K +. numit "potențial de potasiu de echilibru" (Ek). Aceasta poate fi calculată prin compararea cu Nernst
PP, de regulă, este foarte aproape de Ek, dar nu este egal cu el. Această diferență se explică prin faptul că contribuția la formarea PP se face prin:
• intrarea în celulă a Na + și Cl- prin canale ionice neselective; intrarea în celula Cl - hiperpolarizează suplimentar membrana, iar sosirea Na + o depolarizează suplimentar; contribuția acestor ioni la formarea PP este mică, deoarece permeabilitatea canalelor neselective pentru Cl- și Na + este de 2,5 și de 25 de ori mai mică decât pentru K +.
• efectul electrogen direct al pompei de ioni Na + / K +, care apare dacă pompa de ioni funcționează asimetric (2 ioni care intră în celula K + sunt 3 ioni Na + transportați pe mediul extern).
Se poate calcula valoarea PP și luând în considerare aceste influențe. Influența altor ioni și a efectului electrogen sunt luate în considerare în formula lui Thomas:
m - coeficient de electrogenitate.
Dacă luăm concentrațiile medii de ioni și conductivitatea membranei:
Apoi, valoarea potențialului de odihnă se obține la nivelul de -60-70 mV.
56. Potențialul de acțiune al membranei. Mecanisme și proprietăți generale ale potențialului de acțiune al membranei. Calcularea potențialului membranar al acțiunii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: