Готовые билеты в PDF-формате, страница 9

Такимобразом, переносчик электронов одновременно выполняет функции протонного насоса.Перенос протона может происходить и в результате работы подвижных переносчиков,которые диффундируют через мембрану от одной ее стороны на другую. Онивосстанавливаются в ЭТЦ на одной стороне мембраны и одновременно с электрономприсоединяют протон, затем, диффундируя на другую сторону мембраны, окисляются ивыбрасывают протон в прнмембранную область. Именно так осуществляются эти функции вмембранах тилаконда в хлороиластах, где таким образом он передает электроны и протоныс наружной (отрицательной) к внутренней (положительной) поверхности.

Отметим, что вмитохондриях полярность мембраны обратна полярности тилаконда (плюс на наружной,минус на внутренней стороне). В тнлаконде протоны иотреб-ляются нз наружной фазы ипереносятся во внутреннюю, которая таким образом подкисляется при работе ЭТЦ. Эгоприводит к появлению трансмембранного градиента концентрации прогонов ( дельта рН)между наружной и внутренней фазами тилаконда. Одновременно создается итрансмембранная разность электрических потенциалов ( дельта ф) за счет увеличенияположительного заряда внутри тилаконда при накоплении там положительно заряженныхпрогонов. Свой вклад в разность электрических иогенциалов на мембране вносит исобственно фогохимнческий перенос электрона на наружную сторону при работефотосистем ФС I и ФС П.

Образуюиесся таким образом электрическое поле ( дельта ф) влияетв свою очередь на перенос других проникающих через мембрану ионов, которые в своюочередьнзменяют Дф и влияют на перенос прогонов. В результате наблюдается сложнаякартина взаимного влияния двух составляющих ДрН и Дф лрансмембранногоэлектрохимического потенциала. В стационарных условиях величина электрохимическогоградиента на мембране будет зависеть от соотношения скоростей лрансмембранногопереноса электрогсн ных ионов, транслокации протонов и потока электронов но ЭТЦ.Хемкосметический принцип сопряжения Митчелла предполагает, что перенос электроновсвязан с синтезом АТФ именно через образование этой трансмембранной разностиэлектрохимических потенциалов ионов водородагде дельта фи — разность электрических потенциалов, дельта мю Н — разностьконцентраций водородных ионов по обе стороны мембраны, F — число Фарадея.Энертя дельта мю используется для синтеза АТФ в специальном ферменте - мембраннойАТФ-синтетазе.

Надо ясно понимать, что сама по себе величина электрохимическогопотенциала характеризуел термодинамическую движущую силу синтеза АТФ, но ничего неговорит о молекулярных механизмах этого процесса.АТФазный комплекс включает растворимую А ГФазу (фактор F1), где происходит синтез АТФ,и мембранную часть (фактор F0, где формируется протонный канал. По этому каналупротоны поступают в гидрофобную область к активному центру, а затем оттуда в воду подр>лую сторону мембраны.

Конкретный механизм переноса протонов до конца неясен, но,вероятно, он представляет собой эстафетную передачу протона по донорно-акцепторнымгруппам аминокислот (арг, тир, ту).Фактор F1 является полуфункциональным белком, включает несколько субъединиц иобладает сложной четвертичной структурой. Работа АТ-Фазы сопровождаетсякооперативными к он формационным и перестройками, затрагивающими четвертичнуюструктуру. Каким же образомэнергия дельта мю н+ может использоваться в этом макромолекулярном устройстве длясинтеза АТФ? Прежде всего отметим, что величина дельта мю н+ определяет лишьвероятность или среднее число переноса протонов между поверхностями мембраны, ноничего не говорит о "судьбе" каждого протона в АТФазе.

В одном из вариантовхемиосматической гипотезы говорилось о том, что в активный центр АТФазы нагнетаются"горячие" протоны, которые разгоняются электрическим полем в протонном канале.Предполагалось, что за счет кинетической энергии этих протонов и происходит передачаэнергии, нужной для преодоления активационного барьера в элементарном акте синтезаАТФ. Однако в конденсированной белково-липидной фазе, где диссипация избыточнойкинетической энергии "горячих" частиц в результате столкновений происходит быстро (10‘(11)с - 10'(-12) с), такой механизм невозможен . По-видимому, в решении этой проблемыследует отказаться от упрощенных физикохимических подходов, заимствованных из теорииактивных соударений свободных частиц в растворах.В последние годы появились биохимические результаты, подтверждающие плодотворностьтакого подхода и к проблеме механизмов сопряжения в Н -АТФазе.

Протонирование идепротонирование аминокислотных остатков в центрах приводят к образованию локальныхэлектрических полей, которые в свою очередь также влияют на движение положительнозаряженного комплекса АТФ с лигандами. Таким образом, узким местом является переносисходных веществ и промежуточных и конечных продуктов реакции синтеза АТФ, чтообеспечивается и за счет влияния компонентов электрохимического потенциала напроцессы внугримолекулярной диффузии в фермент-субстратном комплексе Н*-АТФазы.Конечно, все стадии требуют строгой координации во времени и пространстве исбалансированности по зарядам этих процессов, что отражает направленныйкооперативный характер функционирования Н*-АТФазы в сопрягающих мембранах.Билет 111.

Транспорт неэлектролитов. Простая и ограниченная диффузия. Законы Фика. Связьпроницаемости мембран с растворимостью проникающих веществ в липидах. Облегченнаядиффузия.Различают простую диффузию — свободное перемещение молекул и ионов в направленииградиента их химического (электрохимического) потенциала (так могут перемещаться лишьвещества с малыми размерами молекул, например вода, метиловый спирт);ограниченную диффузию, когда мембрана клетки заряжена и ограничивает диффузиюзаряженных частиц даже малого размера (например, слабое проникновение в клеткуанионов);облегчённую диффузию— перенос молекул и ионов, самостоятельно не проникающих илиочень слабо проникающих через мембрану, др.

молекулами («переносчиками»); так, повидимому, проникают в клетку сахара и аминокислоты.Перенос вещества, определяемый градиентом концентрации переносчика, называетсяобменной диффузией; такая диффузия отчётливо проявляется в экспериментах сизотопными индикаторами. Различную концентрацию веществ в клетке и окружающей еёсреде нельзя объяснить только диффузией их через мембраны за счёт имеющихсяэлектрохимических и осмотических градиентов. На распределение ионов влияют такжепроцессы, которые могут вызывать перераспределение веществ против ихэлектрохимического градиента с затратой энергии, — так называемый активный транспортионов .

(но об этом в ином билете)Простая диффузия. Простая диффузия неэлектролитов не требует наличия какихлибо специализированных структур, зависит только от липофильности (это и естьрастворимость в-ва в липидах) и градиента концентрации.Прохождение многих незаряженных веществ через мембраны подчиняется законамдиффузии. Процесс диффузии был впервые количественно описан Фиком. Первыйзакон Фика отражает тот простой факт, что поток вещества J в направлении оси хпропорционален движущей силе, т. е.

градиенту концентрации dc/dx:где D — коэффициент диффузии, см2 • с^(-1); размерность потока — моль • см~2с-1.Уравнение диффузии представляет собой частный случай более общегоэлектродиффузионного уравнения Нернста—Планка (см билет 3) при условии, чтотранспортируемые частицы не заряжены.Вывод второго закона Фика:1.

D = RTu, где R — газовая постоянная, T— абсолютная температура, U — подвижностьвещества в рассматриваемой среде. В случае стационарной диффузии через тонкиемембраны dc/dx = const.2. Если на краях мембраны толщиной h поддерживаются постоянные концентрации (с'1 ис'2), связанные с концентрациями в омывающих растворах (c1 и с2) соотношениями с'1 =гамма *c1 и с'2 = гамма *с2оэффициент гамма отражает липофильность вещества, топоток равенJ = -D dc/dx = D*(c2 - с1)*гамма/h = р(с2 - c1).Здесь р = D*гамма/h = uRT*гамма/h — проницаемость мембраны для данного вещества, см•с^(-1); и — подвижность веществав мембране.3. Уравнение непрерывности-dJ/dх = dc/dt.Из этих 2х уравнений получаем выражение для второго закона Фика:dCd 2C=D 2dtdxОблегченная диффузия – это быстрое движение молекул через мембрану спомощью специфических мембранных белков, называемых пермеазами.

Этот процессспецифичен, он протекает быстрее простой диффузии, но имеет ограничение скороститранспорта. Облегченная диффузия обычно характерна для водорастворимых веществ.Большинство (если не все) мембранных переносчиков являются белками. Конкретныймеханизм функционирования переносчиков при облегченной диффузии исследованнедостаточно.

Они могут, например, обеспечивать перенос путем вращательного движенияв мембране. Облегченная диффузия отличается от обычной не только скоростью, но испособностью к насыщению. Увеличение скорости переноса веществ происходитпропорционально росту градиента концентрации только до определенных пределов.Последний определяется “мощностью” переносчика.Пассивный транспорт веществ при участии переносчиков характеризуется некоторымичертами, отличающими его от простой диффузии.1. Высокая специфичность, которая связана со способностью переносчиков различатьблизкие по структуре соединения (например, L- и D-изомеры Сахаров и аминокислот).2. С ростом концентрации субстраста скорость транспорта увеличивается только донекоторой предельной величины (насыщение).3.

Наблюдается чувствительность к низким концентрациям ингибиторов,взаимодействующих с переносчиками.Начальная скорость переноса вещества, когда s_0 = 0 (концентрация вещ-ва в наружном р-ре), описывается выражением, аналогичным уравнению Михаэлиса—Ментен:По мере роста s_0 все переносчики оказываются связанными и роста скорости непосисходит.2Биологические триггеры. Силовое и параметрическое переключение триггера.Гистерезисные явления.