Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 181
Текст из файла (страница 181)
рис. 12-6). По мере введения в действие всс болыпсго числа молекул СШТ4 скорость поглощения глюкозы увеличивается в 15 нли более раз. Когда уровень глюкозы крови возвращается к норме, высвобождение инсулина замедляется и большинство молекул СШТ4 удалякпся иа плазматической мембраны и сохраняются в везикулах.
При сахарном диабете 1 типа (юношеская форма) нсспскобшкть высвобождать инсулин (и соответственно приводить в действие транспортеры глюкозы) 01()Т2 выводит глюкозу нз гепатоцитов для пополнения уровня последней в крови, когда уже использован печеночный гликоген. Для С1Л)Т2 К, 66 мМ, н в соответствии с этим оп может отвечать на увеличение уровня внутриклеточной глюкозы (образовавшейся при распаде гликогена) увеличением ее транспорта нз клетки. В скелетных и сердечной мыпщах, а также в жировой ткани работает другой транспортер глюкозы— С1()Т4 (К, = 5 мМ), особенностью которого является стимуляция инсулином: его активность увеличивается, когда высвобождение инсулина сигнализирует о высокой концентрации глюкозы в крови, вследствие этого увеличивается скорость погло>пения глюкозы мышечной или жировой тканью (в доп.
11-2 описаны некоторые дефекты этого транспортера). приводит к снижению скорости поступления слюкозы в мышцы и жировую ткань. Одним из следствий зтоп> является продолжительный период с высоким уровнем глюкозы в крови после приема Гхпатой у>левадами пищи.
Это лежит в основе теста па толерантность к ю>кжозе д.и диагностики диабета (гл. 23). Проницаемость для воды зпителиальных клеток, выстилакялих почечную собиратели>у>о трубочку, обусловлена наличием аквапорина (АЯР-2) в хинкальных плазматических мембранах (обращенных в полость канала). Антидиуретический гормон (АДГ) регулирует удерживание волы, мобилизуя молекулы А(1Р-2, сохраняемые в везикулярных мембранах внутри зпитслиальных клеток, во многом сходным образом с тем, как инсулин мобилизует СШТ4 в мышечной и жировой ткани, Когда везикулы сливах>тся с плазматичсской л>смбраной зпитслиальпой клетки, проницаемость мембраны для воды очень сильно увеличивается, и болыпее количество воды реабсорбируется из собирательной трубочки н возврасцастся в кровь.
Когда уровень АДГ падает, А(1Р-2 вновь поступает в везикулы, умепыпая удерживание воды. При относительно редкол> заболевании чсловска несахарном диабете генетический дефект в АОР-2 приводит к нарушению ресорбции воды почками. В результате происходит выделение огромных объемов очень разбавленной мочи. Хлоридно-бикарбонатный обменник катализирует злектронейтральный котранспорт анионов через плазматическую мембрану Эритроциты содержат другую систему облегченной диффузии — аннонный обменник, необходимый для транспорта СОа к лесзсим из таких тканей, как скелстныс мышцы и печень.
Продукт дыхания СОж выде>щемый нз потребляющих кислород тканей в плазму крови, входит в эритроциты„где превращается в бнкзрбонат НСОз ферментом карбонатгидразой. (Напомним, что НСОз — это первичный буфер для поддержания РН крови; см. рнс. 2-20.) НСОз возвращается в плазму крови для транспорта в легкие (рис. 11-32). Поскольку растворимость НСОз в плазме гораздо выше, чем у СОь этот кружной путь увеличивает способность крови переносить углекислый газ из тканей в лег- Когда инсулин взаимодействует с рецептором, ОВ всзнкулы движутся к поверхности и сливаются с плззмзтичсской мембраной, увеличивая количество транспортеров глюкозы в Инсулин Вз п11азмзтической мембране.
д1М ... " ' .":.' ' °: )1' /г З Когда уровень инсулина О падает, переносчики глюкозы удаляются нз плззматической мембраны путем эпдоцнтоза, образуя маленькие вези кулы. 71 ля к'1н 1ртг'р 1.ЛХЖ 131,1 1 1'ц1з ГГОР п1к ътвп1з 11л1ыызп1чссквя ьк нормы 1 11срснос н1кп юнокозь1, х1хмон111к'ся зну1 рп 1 и'Гю1 з ьк:мбрз1н1ых ьа1нкул11х. 144 ЬззГГСГГЫОГС эсюхуЛГЛ. " слнвюопя Г болыной ЛНЯ1ХГГМСЙ.
Рис. 1. Регуляция инсулином переноса глюкозы в миоцит с поиощью ОЫТГь Углекислый гэз, образуемый при ката- болизме, входит в эрнтроцит. Бикарбонат растворяется в плазме крови. Ссз Хлорна-бикзубонзт. 1Н'О., С! обменнвзющнн белок ', В потребляющих кислород тканях ССГ Г нто ' ' - Г.нсой "1, н.' С1 ~'., ГГ.," ~~~с —,. !":.~ а1111 ГГгвйф~1'".'„фаьГзь Гь1л В легких соз Углекислый газ НСО, С1 Бикарбонат входит покидает эритроцит в эритроцит из и удаляется с выдохом. плазмы крови. Ъ ч к 1кн зндогз 1ь11ю нбо11н111 нпьн' трюкГнщмрзмн 1лю1п1сю1 Г п1очкоэывзщлг'н н стзгкюятся мзлгньк1мн1 нссн1ку11змн, пнтян1мй верну п Гя нз ооесрхногт1,. ьоГл11 уровень н1ку'.1ннз 11ням м ы1лк"пт. кие.
В легких НСОз вновь поступает в эритроциты и превращается в СОз, который в конце концов высвобождается в легочное пространство и уходит с выдохоы. Чтобы рабогать эффективно, этот челночный механизм требует очень быстрого транспорта НСОз через мембрану эритроцита. Хлоридно-бикарбонатньгй обменник, называемый также анионобменивающим (АЕ) белком, увеличивает проницаелюсть мембраны эритроцита для НСОз более чем в миллион раз. Подобно транспортеру глюкозы, АЕ прелставляет собой интегральный белок, который, вероятно, пересекает Рис. 11-32.
Хлоридио-бииарбоиагиый обмеииик мембраны зритроцита. Эта котранспортная система делает возможнымм вход и выход НСО1 — без изменений мембранного потенциала. Его роль заключается в увеличении способности крови переносить СО,. 11.3 Транспорт веществ через мембраны 1557) Б Б, Б« « Ф ЛиБ Антнпорт Унипорт Сныпорт отранспорт бтэ; хХ хх х Х~В х х х х ': 9)',"«х х Хх Хх х Вторичный активный транспорт Первичный активный транспорт 1558) Часть).
11. Биологические меибраны н транспорт Рис. 11-ЗЗ. Три главных класса транспортных систем. Транспортеры отличаются количеством переносимых веществ (субстратов) и направлением, в котором нщндый из субсгратов транспортируется. Примеры всех трех типов транспортеров обсуждаются в тексте. Отметим, что эта классификация ничего не говорит нам о там, явллютсл они энергопотребляющими (активный транспорт) нлн энергонезависимыми (пассивный транспорт). мембрану по крайней морс 12 раз. Этот белок опосредуст одновременное движение двух апионов: каждому иону НСОз, который лвижется в одном направлении, соответствует один ион С), который лвижстся в противоположном направлении (рис.
11-33), так что в итоге нет никакого переноса заряда; обмен является злектронейтральным. Сопряженис С! и НСОз- обязательно; в отсутствие хлорида прекращается транспорт бикарбоната. В этом отношении анионный обмеппик типичен для всех систем, называемых котранспортными системами, которые олновременно переносят через мембрану два вещества. Когда, как в данном случае, два субстрата перемещаются в противоположных направлениях, процесс называется анти- портом. При симпорте два субстрата одновременно движутся в одном направлении.
Транспортеры, которые несут только один субстрат, такие как транспортер глюкозы в эритроцитах, называются системами унипорта(рис.11-33). В геноме человека обнаружены гены трех близкородственных хлорндно-бикарбопазных обменников, все онн одинаково располагаются в мембрщте. Эритроциты содержат транспортер АЕ1, АЕ2 характерен для печени, в плазматических мембранах мозга, сердца и сетчатки присутствует АЕЗ. Подобные анионные обменники обнаружены также у растений и микроорганизмов. Активный транспорт приводит к перемещению веществ против градиента концентрации или электрохимического градиента При пассивном транспорте частицы всегда движутся по электрохимическому градиенту и не накапливаются в концентрации, превышающей равновесную. Активный транспор~, напротив, приводит к накоплению веществ в концентрации выше равновесной.
Активный транспорт термодинамически невыгоден (эндергоничсн) и происходит только при сопряжении (прямом или непрямом) с экзергоническпм процессом — поглощением солнечного света, реакцией окисления, распадом АТР или сопутствующим потоком какого-то другого вещества цо его электрохимическому градиенту. При первичном активном транспорте накопление вещества сопряжено непосредственно с экзергоничсской химической реакцией, такой как превращение АТР в АРР + Р, (рис. 11-34). Вторичный активный транспорт происходит, когда эндергопичсскнй («вверх») транспорт вещества сопряжен с экзсргоцическим («вниз») потоком другого вещества, которое первоначально было «закачано наверх» с помощью первичного активного транспорта.
Рис. 11-34. Два типа активного транспорта. а) При первичном активном транспорте энергия. высвобождаемая при гндролизе АТР, обеспечивает движение вещества против злектрохнмического градиента. б) При вторичном активном транспорте градиент иона Х (часто Ма ) возникает а результате первичного активного транспорта. Движение Х по электрохимичесхому градиенту дает энергию, чтобы осуществлять котранспорт второго вещества (5) против его электрохнмнчесного градиента. 11.3 1ранспарт веществ через мембраны ]559] Количествоэнсргии, нсобходимоедля транспорта вещества против градиента концентрации, можно рассчитать из начального градиента.
В химическом процессе, который превращает 5 в Р происходит изменение свободной энергии: ЛС= ЛС" + ЯТ!и(!Р]/]5]) (11-2) где л = 8,315 Дж/моль К вЂ” газовая постоянная, а Т вЂ” абсолютная температура. При простой диффузии вещества из области, где сто концентрация Сь в область, где его концентрация Сз, никаких связей не образуется и нс разрывается, и изменение стандартной свободной энергии лС" = О. Изменение свободной энергии при транспорте лС, составляст лС, = кт!п(с /С1) е(11-3) Если концентрации вещества в двух комнаргментах различаются в 10 раз, энергия перемещения 1 моль незаряженного вещества при 25 'С через мембрану, разделяюгцую комцартменты, составляет ЛС =(8,315 Дж/моль К) (298 К) ]п(10/1) = = 5 700 Дж/моль = 5,7 кДж/моль Уравнсние 11-3 справедливо для всех незаряжен- ных веществ. ВВВВ Пример 11-1 ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ПЕРЕКАЧИВАНИЕ НЕЗАРЯ)КЕННЫХ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ Определите энергетические затраты (изменение свободной энергии) на перекачиванис незаряженного растворенного вещества против 1,0 10"- кратного градиента концентрации нри 25 'С.
Решение. Используем уравнение 11-3. Подставим 1,0 10" вместо(сг/С1), 8,315 Дж/моль К вместо Л и 298 К вместо Т: ЛС, = 1(Т]п (С,/С,) = =(8,315Дж/моль К)(298 К) !п(1,0 10«)= = 23 кДж/моль Когда транспортируется ион, его движение без сопровожлающего противоположного иона привалит к эндергоничсскому разделению положительных и отрицательных зарядов, возникает разность потенциалов; такой процесс пазывает- ся электроногенным транспортом. Энергет ическая «стоимость» перемещения иона зависит от злектрохимичсского потенциала (с. 634), суммы химического и электрического градиентов: ЛС, = ЯТ!и (Сз/С,)+ ~ЕЛ Р ° («-4) где У вЂ” заряд иона, Р = 96480 Дж/В .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
