A doua funcție comună tuturor membranelor este funcția "plăcii de circuite" sau a matricei. care sunt aranjate într-o proteine de ordine și benzi de proteine care formează sistemul de electroni de transport, stocarea energiei sub formă de ATP, reglarea hormonilor proceselor intracelulare care provin din exterior și mediatori intracelulari recunoașterea altor celule și proteine străine, lumina de recepție și acțiune mecanică specifică, și așa mai departe. d.
Filmul flexibil și elastic, care este în esență toate membranele, realizează o anumită funcție mecanică. menținând întreaga celulă la stres mecanic moderat și perturbând echilibrul osmotic între celulă și mediu.
Suprafața totală a tuturor membranelor biologice din corpul uman ajunge la zeci de mii de metri pătrați. Relativ mare suprafață totală a membranei explică vulnerabilitatea acestora sub acțiunea factorilor de mediu, cum ar fi iradierea, temperatură ridicată (pentru arsuri) și scăzut (la degerături), deshidratare și altele.
5. Transferul moleculelor (atomilor) prin membrane. Ecuația lui Fick
O caracteristică importantă a membranelor este capacitatea lor de a trece sau nu să treacă molecule (atomi) și ioni. Probabilitatea unei astfel de pătrunderi depinde atât de direcția de mișcare a particulelor (în celulă, cât și de celulă) și de varietatea de molecule și ioni.
Aceste întrebări se referă la fenomenul de transfer. Acest termen se referă la procese spontane și ireversibile în care, datorită mișcării moleculare, o anumită cantitate fizică este transferată dintr-o parte a sistemului în alta.
Luați în considerare fenomenele cele mai semnificative pentru membranele biologice: transferul de materie (difuzie) și transferul de sarcină (conductivitate electrică).
Ca sinonim pentru transportul de particule în biofizică, se utilizează termenul "transport de particule".
Ecuația de difuzie de bază are forma
unde I este densitatea fluxului de particule, este coeficientul de difuzie, # 964; - timpul mediu de viață stabilit al moleculei (timpul mediu de salt); # 948; - distanța medie dintre molecule, c = m # 8729; n - concentrația masică, m - masa moleculei, n - concentrația moleculelor. Semnul "-" arată că densitatea totală a fluxului de particule în timpul difuziei este îndreptată spre o scădere a concentrației (creștere a gradientului de concentrație).
(1) se numește ecuația Fick.
Ecuația Fick descrie difuzia într-un mediu omogen. Modificăm-o pentru cazul difuziei printr-o membrană. Să acordăm atenție următoarelor lucruri binecunoscute: la interfața dintre două medii (de exemplu, apă și ulei), se produce în mod necesar o schimbare bruscă a concentrației particulelor substanței difuzate. De exemplu, dacă într-un vas în care se toarnă ulei peste apă, sare este aruncată, concentrațiile sale în aceste medii vor fi diferite.
Aplicăm ecuația lui Fick la membrana biologică.
Lăsați concentrația de particule care difuzează în membrană să varieze liniar în membrană (figura 9).
Figura 9. Distribuția concentrației de particule care trec prin membrană
în care: - grosimea membranei, ci - concentrația particulelor din interiorul celulei, c0 - în afara celulei, smi - concentrația particulelor în membrana de la suprafața sa interioară, concentrația cmo- particulelor în membrana de la suprafața sa exterioară.
În practică, este mai ușor să se determine concentrația particulelor nu este în interiorul membranei (cmi și CMO), și este membrana: în celula (c i) și în afara celulei (co). Să presupunem asta
unde k este coeficientul de distribuție a particulelor între membrană și mediu. Apoi cmo = kco, cmi = kci. și noi avem
unde - coeficientul de permeabilitate, caracterizând capacitatea membranei de a trece anumite substanțe.
6. Transferul particulelor încărcate. Electrodifuzia ecuației Nernst-Plank
Pe membrană există o diferență de potențial, prin urmare, în membrană există un câmp electric care afectează difuzia particulelor încărcate (ioni și electroni).
Densitatea debitului de încărcare este dată de
unde # 966; - potențialul câmpului, F = eNA - constanta Faraday, Z - valența, Um - mobilitatea particulelor difuzate pentru o molie.
În general, transportul de ioni depinde de distribuția inegală și de efectul câmpului electric. Densitatea totală a fluxului de particule este determinată de ecuația electrodifuzantă Nernst-Plank
Pentru particule neutre (Z = 0), ecuația Nernst-Planck devine ecuația lui Fick.
7. Transportul pasiv al substanțelor prin membrană
Compoziția chimică specifică a citoplasmei din fiecare celulă este menținută prin reglarea transportului diferitelor substanțe prin membrane. Există două tipuri de transport: pasive și active.
Transportul pasiv - transferul de molecule și ioni printr-o membrană, care se desfășoară în direcția unei concentrații mai scăzute. Transportul pasiv nu are legătură cu costul energiei chimice. Tind să egalizeze concentrațiile particulelor pe părțile opuse ale membranei, adică să reducă la zero valorile gradientilor lor. Dacă în celule există doar un transport pasiv, atunci valorile cantității fizice din interiorul și din exteriorul celulei ar fi egalizate, dar acest lucru nu se întâmplă.
Există mai multe tipuri de transport pasiv (figura 10).
· Difuzie simplă prin stratul lipidic. Se supune ecuației lui Nernst-Planck. Într-o celulă vie, o astfel de difuzie asigură trecerea oxigenului și a dioxidului de carbon, un număr de substanțe medicamentoase. Cu toate acestea, difuzia simplă are loc suficient de lent și nu poate furniza celulei în cantitatea potrivită cu substanțe nutritive.
Transportul prin canale (pori). Un canal este o regiune a membranei, care include molecule de proteine și lipide, care formează un pasaj în membrană. Acest pasaj permite penetrarea moleculelor de apă, ioni mari prin membrană. Prezența canalelor mărește permeabilitatea P. Permeabilitatea P depinde de numărul de canale și de raza lor.
Canalele pot prezenta selectivitate în raport cu diferiți ioni, acest lucru fiind exprimat în diferite permeabilități pentru diferiți ioni.
· Difuzia luminii - transferul de ioni prin molecule speciale de purtător datorită difuziei purtătorului împreună cu substanța. Acest fenomen a fost studiat mai detaliat pentru cazul transportului ionic de către anumite antibiotice, de exemplu, valinomicina. S-a stabilit că valinomicina crește foarte mult permeabilitatea membranei pentru ionii K + datorită specificității structurii sale. Se formează o cavitate în care K + ion (ion de Na + este prea mare pentru gaura din molecula valinomycin) se potrivește exact și ferm. Valinomycin molecula „captarea“ forme K + ioni un complex solubil în lipide și trece prin membrana, apoi K + ioni resturi și purtătorul merge înapoi.
· Transmisia releului. În acest caz, moleculele purtătoare formează un lanț temporal peste membrană și transferă o moleculă difuză una cu cealaltă.
Figura 10. Tipuri de transport pasiv: difuzie simplă (a), transport prin canale (b), difuzie de lumină (c), releu (d)
8. Transportul activ al substanțelor. Experiența Ussing
Transportul activ este transferul de molecule și ioni, care are loc cu consumul de energie chimică în direcția de la valori mai mici la valori mai mari. În acest caz, moleculele neutre sunt transferate într-o regiune cu o concentrație mai mare, iar ionii sunt transferați împotriva forțelor care acționează asupra lor din partea câmpului electric. Astfel, transportul activ efectuează transportul de substanțe în direcția opusă transportului, care ar trebui să aibă loc sub acțiunea gradientilor (în principal concentrație și electricitate). Energia se obține datorită hidrolizei moleculelor unui compus chimic special - adenozin trifosfat (ATP). Sa stabilit experimental că energia dezintegrare a unei molecule de ATP este suficient pentru a deriva din trei ioni de sodiu în celulă și introducerea a doi ioni de potasiu. Schema de transport activ este prezentată în Fig.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: