Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Белок-переносчик (заштрихован) связывает вещество„находящееся в растворе с высокой его концентрацией по одну сторону мембраны. Затем в переносчике происходят конформационные изменения («понг» -+ «пинг»), в результате которых зто вещество высвобожцается по другую сторону мембраны. Свободный переносчик возвращается в исходное состояние («пин㻠— «понг»), и цикл завершается. Б.
Активный транспорт. Процесс активного транспорта отличается от диффузии тем„что он сопровождается смешением состояния системы от термодинамического равновесия и, следовательно, требует энергетических затрат. Источником энергии могут быть гидролиз АТР, процесс переноса электронов или свет. Поддержание электрохимических градиентов играет столь большую роль в биологических системах„что на него затрачивается около ЗО— 40% всей потребляемой клеткой энергии. В основном в клетках поддерживается низкая внутриклеточная концентрация )Ча' и высокая К' (табл. 42.1) и вместе с тем — суммарный отрицательный электрический потенциал.
Насосом, который поддерживает эти градиенты, является АТРаза, активируемая ионами Ха' и К' (рис. 42.17). Эта АТРаза — интегральный белок, для своей активно- Процесс облегченной диффузии можно объясни гь с помощью механизма «пинг-понг» (рис. 42.16). Согласно этой модели, белок-переносчик может находиться в двух основных конформациях. В состоянии «понг» он экспонирован в раствор с высокой концентрацией вещества, и молекулы последнего могут связываться со специфическими участками. В результате конформацио нных изменений в белке участки связывания вместе с переносимым веществом экспонируются в раствор с низкой его концентрацией (состояние «пинг»).
Этот процесс полностью обратим, и суммарный поток вещества через мембрану определяется его концентрационным градиентом. Скорость, с которой растворенное вещество поступает в клетку, зависит от следующих факторов: 1) трансмембранного концентрационного градиента; 2) количества переносчика (ключ к регуляции): 3) быстроты связывания вещества с переносчиком; 4) быстроты конформационных изменений нгнружснного и ненагруженного переносчика.
Гормоны регулируют облегченную диффузию, изменяя число доступных переносчиков. Инсулин повышает интенсивность транспорта г люкозы в жировых н мышечных тканях, индуцируя поступление новых переносчиков из некого внутрнклеточного пула (см. рис. 51.13). Он также повышает транспорт аминокислот в печень и другие ткани. Одним из множества скоординированных эффектов глюкокортикоидных гормонов является повышение транспорта аминокислот н печень, где они служат субстратом глюконеогенеза. Гормон роста усиливает транспорт аминокислот во все клетки„а эстрогены стимулируют этот процесс в матке. В животных клетках существуют по меньшей мере пять разных систем переносчиков аминокислот.
Каждая из ннх специфична к определенной группе близкородственных амннокисло г и может функционировать как система симпорта с )Ча' (рис. 42.13). Внутри рд Снаружи Мембрана АТР 2 К+ АОР Р; Рис. 42.17. Стсхиометрия )ча'", К+-насоса. Насос переносит три иона Ха+ из клетки и два иона К+ в клетку на каждую молекулу АТР, гидролизуемую до АГ)Р мембраносвязанной АТРазой. Уабаин н другие сердечные гликозиды блокируют насос при введении их во внеклеточную среду.
(С любезного разрешения 1(. Роаь) 142 Глива 42 сти она требует фосфолипидов. Каталитические центры АТРазы для АТР и Ма' расположены на цитоплазматической стороне мембраны, а центр связывания К' — на наружной. Уабаин ингибирует активность АТРазы, связываясь с ее внеклеточным фрагментом. Это ингибирование может частично сниматься внеклеточным К+. Распространение нервного импульса На мембранах, ограничивающих нервные клетки, поддерживается разность электрических потенциалов (трансмембранная разность электрических потенциалов); эти мембраны электрически возбудимы. При химической стимуляции, опосредуемой специфическим синаптическим мембранным рецептором (см.
разд. «Передача биохимических сигналов»), происходит срабатывание воротных механизмов, и в клетку быстро начинают поступать 1Ча' и Са'+ (при этом К может и не выходить из клетки), напряжение на мембране резко падает, и соответствующий ее участок оказывается деполяризованным, но в результате работы ионных насосов электрохимический градиент быстро восстанавливается. Когда таким образом деполяризуются большие участки мембраны, электрохимическое возмущение распространяется вдоль мембраны подобно волне, порождая нервный импульс. Миелиновые оболочки„ образуемые шванновскими клетками, окутывают нервные волокна и служат электрическим изолятором.
Этот изоляционный слой покрывает большинство нервных волокон и сильно ускоряет распространение электрической волны (сигнала); при этом ионы входят в клетку и выходят из нее только в тех местах„где изолятор отсутствует. Миелиновая мембрана состоит из фосфолипидов, в частности из сфингомиелина, холестерола, а также белков и гликосфинголипидов. С ней ассоциированы лишь немногие интегральные и периферические белки, которые, по-видимому, удерживают вместе многочисленные мембранные бислои, образующие гидрофобную изолирующую структуру, непроницаемую для ионов и воды. Некоторые заболевания, например рассеянный склероз и синдром ГиллайнаБарре, характеризуются демиелинизацией и нарушением проведения нервного импульса.
Транспорт глюкозы На примере транспорта глюкозы мы сможем суммировать ряд ключевых положений, приведенных в этой главе. Транспорт глюкозы в клетку — это первый этап утилизации энергии. Исключением из общего правила является печень, в которой такой специфический процесс обнаружен не был. В клетки печени глюкоза поступает путем простой диффузии по концентрационному градиенту, который всегда чрезвычайно велик из-за быстрого превращения внутри клетки глюкозы в глюкозо-6-фосфат. В другие клетки (жировые и в еще большей степени мышечные) глюкоза поступает с помощью специфической транспортной системы, регуляция которой осуществляется инсулином (см. рис.
51.13). Изменения транспорта обусловлены в основном изменением ~' „. (преимущественно благодаря увеличению или уменьшению числа переносчиков), но могут быть связаны и с вариациями К . Структура переносчика глюкозы эритроцитов была определена по последовательности соответствующей кДНК (рис. 42.7). Трансформированные с помощью кДНК клетки синтезируют этот белок и встраивают его в мембрану в функционально активном состоянии; дальнейшие исследования с помощью направленного мутагенеза, возможно, помогут выяснить, как функционирует этот белок. Рассматривая транспорт глюкозы, мы сталкиваемся с различными аспектами транспорта веществ, рассмотренными выше. Глюкоза и Ха связываются с разными участками переносчика глюкозы. При этом Хае поступает в клетку под действием электрохимического градиента и иташитя глюкозу за собой (рис.
42.18). Таким образом. чем круче градиент Ха', тем больше поступает глюкозы, и, если концентрация Ха во внеклеточной жидкости уменьшается, транспорт глюкозы подавляется. Чтобы поддерживать необходимый для работы переносчика 1Ча'/глюкозы градиент 1Ча', используется 1Ча',К+-насос, поддерживающий низкую внутри- П Посеет + Г йа Глюкоза Виекоеточиаи жидкость Рис. 42Л8. Трансклеточное перемецтение глюкозы через клетку кишечника. Через эпителиальную мембрану с люминальной стороны глюкоза проходит вслед за Ха". Градиент Ха+, являющийся движущей силой этого симпарта„ создается в процессе 1Ча+, К+-обмена через базальную мембрану, обращенную к внеклеточной жидкости.
Глюкоза. сконцентрированная в клетке, перемещается затем по градиенту во внеклеточную жидкость с помощью Облег~ен- ной диффузии (по механизму унипорта) Мембрииы: ппруктури, сборки и функции 143 ступает в клетку. Трансформацию обычно проводят в присутствии фосфата кальция, поскольку Са'+ стимулирует эндоцитоз и оса ждение ДНК, что облегчает ее проникновение в клетку с помощью эндоцитоза. Из клетки макромолекулы выходят путем экзоцитоза. Как при эндоцитозе, так и при экзоцитозе образуются везикулы, сливающиеся с плазматической мембраной или отшнуровывающиеся от нее.
клеточную концентрацию Ьа'. Аналогичные механизмы используются клетками для транспорта других сахаров„а также аминокислот. Трансклеточное перемещение сахаров включает один дополнительный компонент — унипортер, с помощью которого глюкоза, поступившая в клетку через одну ее поверхность, может выходить через другую; такой процесс наблюдается в клетках почек и кишечника. Эидоцитоз ТРАНСМЕМБРАННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛ ОЯ ОВ Рве. 42.19.
Двв типа зндоцнтозв. Эндоцнтозные всзнкулы (В) образуются в месте ннввгннацнн плвзмвтнческой мембраны. Жндкофвзный пнноцнтоз (А) -- зто случайный процесс, не нмсющнй определенной нвпрввленностн. Опосредоввнный рецептором пнноцнтоз Щ селектнвен н осуществляется путем образоввння окаймленных ямок (ОЯ), выстланных белком клатрнном (аморфное вещество), н окаймленных везнкул (ОВ), Его специфичность обеспечнвастся рецспторвмн (черные прямоугольники), специфичными для разных молекул. Через плазматическую мембрану транспортируются также макромолекулы. Процесс, с помощью которого клетки захватывают крупные молекулы, называется эидоцитозом. Некоторые из этих молекул (например, полисахариды, белки и полинуклеотиды) служат источником питательных веществ. Эндоцитоз позволяет также регулировать содержание определенных мембранных компонентов, в частности рецепторов гормонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
