Том 1 (1128365), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Избрюшка наркотизированной и обезглавленной лягушки вырезали кусочек кожиплощадью в несколько квадратных сантиметров и помещали в камеру Уссинга,как это показано на рис. 4-44. Получить такой препарат не составляет труда,поскольку кожа у лягушки в основном не прикреплена к лежащим под нейтканям и в пространстве между ними находится лимфа. Участок кожиосторожно зажимали между двумя отсеками камеры и наливали в них раствор,например раствор Рингера для лягушки (табл. 4-3).
Отсек, прилегающий кмукозной стороне кожи, можно считать наружным компартментом, а отсек,обращенный к серозной стороне,-внутренним. Через отсеки продували воздух,чтобы оба раствора были насыщены кислородом.Рис. 4.44. Ячейка Уссинга. Два отсека ячейки разделены кусочком кожи лягушки. В каждый из отсековзалит раствор Рингера или другой тест-раствор. С помощью источника тока разность потенциалов наколее лягушки доводят до нуля.
В этих условиях ток, текущий через цепь (и соответственно через кожу),эквивалентен скорости переноса зарядов при активном транспорте ионов натрия через кожу.В 1947 г. Уссинг сообщил о результатах первых экспериментов, в которыхдля измерения двунаправленных потоков (т.е. одновременного перемещенияионов через эпителий в противоположных направлениях) он использовал дваизотопа одного иона. Раствор Рингера в наружном отсеке содержал изотопнатрия, 22Na+ , а во внутреннем-другой изотоп, 24Na+. В этом экспериментеУссинг следил за появлением каждого из изотопов в противо-положом отсеке.Были поставлены также опыты, в которых изотопы меняли местами, чтобывыявить возможное (но маловероятное) различие в скорости переноса из-заразличия между изотопами.
Все эксперименты показали, что существуетрезультирующий поток Na+ через кожу из наружного отсека во внутренний, т. е.в этом направлении перемещается большее число ионов, чем впротивоположном. Перечислим те данные, которые позволяют заключить, чтосуммарный перенос натрия осуществляется путем активного транспорта.1. Перемещение натрия происходит в отсутствие концентрационногоградиента и даже против электрохимического градиента.2. Перемещение натрия подавляется основными метаболическимиингибиторами (например, цианидом и иодацетатом), а такжеспецифическими ингибиторами транспорта (например, уабаином).117Т а б л и ц а 4 - 3 . Физиологические солевые растворы для различныхорганизмов (концентрация указана в миллимолях на 1 л) (Prosser, 1973)3. Транспорт Na+ сильно зависит от температуры.4.
Для транспорта натрия характерна кинетика с насыщением.5. Транспорт натрия обнаруживает химическую специфичность. Например,ион лития, весьма сходный с Na+ , не транспортируется.Первые эксперименты Уссинга поставили ряд важных вопросов. Например,сопровождается ли направленный внутрь транспорт Na+ котранспор-томаниона? Если нет, то он должен приводить к появлению электрическогопотенциала на коже из-за переноса положительного заряда, а Сl - в таком случаедолжен перемещаться пассивно под действием этого потенциала, уменьшая его.Наиболее важный вопрос-как происходит транспорт через слой клеток?В 1951 г.
Уссинг и Зеран сообщили о взаимосвязи между электрическимпотенциалом и активным транспортом натрия. Они рассуждали следующимобразом. Если через эпителий активно транспортируется один Na + , то должнонаблюдаться количественное соответствие между числом переносимых ионовнатрия на единицу площади кожи в секунду и силой результирующего тока (т.е.числом зарядов, пересекающих мембрану в секунду). В обычных условиях этосоотношение едва ли выполняется, поскольку измеряемый ток может бытьзанижен из-за пассивного перемещения Сl- или других ионов, которые могутдиффундировать через кожу по градиенту потенциала, образующегося из-заактивного транспорта Na+.
Это означает, что как только во внутреннемкомпартменте появляется несколько избыточных катионов, соответствующаясторона мембраны становится более положительной и Сl-, например,перемещается через мембрану под действием электростатических сил. Чтобыисключить возможное влияние на электрохимический потенциал, Уссинг иЗеран для предотвращения накопления зарядов удаляли положительные зарядычерез внешнюю электрическую цепь по мере того, как катионы пересекали кожу(рис. 4-44).
Уменьшение до нуля разности потенциалов приводит к двумважным последствиям. Во-первых, перемещение Na+ не подавляетсясоздаваемым им потенциалом, который противодействовал бы суммарномупотоку Na+ при активном транспорте. Во-вторых, силу тока во внешней цепи(равную силе тока, текущего через кожу) можно сопоставить с общим числомионов натрия, транспортируемых через кожу. При наличии количественногосоответствия между силой тока и суммарным потоком натрия, измеряемымизотопными методами, подход, основанный на регистрации тока, можноиспользовать для определения транспорта Na+ .Уссинг и Зеран действительно обнаружили хорошее соответствие междуэтими величинами (рис. 4-45).
И сила тока, и транспорт Na+ уменьшались илистановились равными нулю при добавлении уабаина (блокирующего натриевыйнасос) и118метаболических ядов или при выведении из наружного компартмента натрия.Эти данные свидетельствуют о том, что активный транспорт натрия, повидимому, является преобладающим по отношению к активному транспортулюбого другого иона.При отключении внешнего компенсирующего тока на коже лягушки врезультате активного транспорта Na + на серозную сторону быстро создаетсяразность потенциалов.
Это в свою очередь приводит к пассивномуперемещению во внутренний компартмент Сl - по электрохимическомуградиенту. Таким образом, сам по себе активный транспорт Na + создает условиядля суммарного переноса NaCl внутрь в том случае, когда препарат кожипогружен в раствор Рингера для лягушки. Однако в условиях, более близких кестественным (т. е. когда наружная поверхность кожи обращена в раствор,близкий по своему составу к прудовой воде), утечка Сl через кожу отсутствует.При концентрации Na + во внешней среде менее 3-10 мМ хлорид-ион активнопереносится транспортной системой, не зависящей от транспорта натрия.Поглощение Сl происходит в обмен на НСО -3 и, таким образом, не приводит кгенерации электрического потенциала. Следовательно, лягушка, обитающая впруду, активно поглощает и Na +, и Сl-, чтобы пополнить запасы солей,выводимых во внешнюю среду.Вернемся теперь к вопросу о том, как осуществляется активный транспортионов через эпителий.
Вспомним (рис. 4-43), что соседние клетки эпителиятесно примыкают друг к другу и соединяются с помощью плотных контактов.Допустим для простоты, что это исключает все экстраклеточные пути диффузииионов между двумя сторонами эпителия (на самом деле существуетнезначительный поток между клетками). Если это так, то все вещества,проникающие через эпителий, должны пересекать мембрану эпителиальнойклетки дважды-сначала входя в клетку с одной стороны, а затем покидая ее спротивоположной стороны.
Для реализации активного транспорта в этом случаенеобходимо, чтобы та часть клеточной мембраны, которая обращена к серознойстороне эпителия, отличалась в функциональном отношении от части,обращенной к мукозной стороне. Эксперименты, проведенные на препаратахкожи лягушки, подтвердили справедливость этой гипотезы.Рис. 4.45. Соответствие между током, текущим через кожу лягушки, и суммарным потоком натрия наединицу площади косней. Тот факт, что сила тока (Кл/с) очень близка к потоку (г-экв/с) (при пересчетеследует использовать константу Фарадея, равную 96000 Кл/г-экв), говорит о том, что практически весьток через кожу лягушки обусловлен переносом натрия.
(Ussing, 1954.)1. Уабаин, который блокирует работу Na+-K+-насоса, подавляеттрансэпителиальный транспорт натрия только в том случае, когда оннаходится с внутренней (серозной) стороны эпителия, но не с внешней(мукозной). Напротив, такое соединение, как амилорид, мощный ингибиторпассивного опосредованного переносчиком транспорта, блокируетперемещение натрия через кожу лягушки, только находясь с внешнейстороны.2. Чтобы происходил активный транспорт натрия, калий должен находиться внаружном растворе; присутствие его во внутреннем компартментенесущественно.3. Для транспорта натрия характерна кинетика с насыщением; при этомскорость транспорта зависит от концентрации Na+ снаружи, но не внутри.Эти данные послужили основой для построения модели эпителиальноготранспорта натрия, представленной на рис. 4-46.
Согласно этой модели, Na +-K+Hacoc, осуществляющий обмен, а также Na+-H+- и Na+-NH+4 -насосы винтактном эпителии расположены в мембране с серозной стороныэпителиальной клетки. Эта мембрана ведет себя аналогично многим другимклеточным мембанам, выкачивая Na + в обмен на К+ и таким образомподдерживая высокую внутриклеточную концентрацию калия и низкую натрия. Благодаря направленной наружу диффузии ионов калия через мембранус серозной стороны клетки на мембране создается потенциал покоя,отрицательный внутри.Совершенно иная ситуация имеет место на мукозной стороне. Клеточнаямембрана здесь слабо проницаема для калия.
Более того, суммарнаянаправленная внутрь диффузия ионов натрия через мембрану (по-видимому,облегчаемая переносчиками или происходящая через каналы в мембране)возмещает утрату Na + , выводимого с серозной стороны. Эта модель объясняет,почему агенты, блокирующие натриевый насос, эффективны только тогда, когданаходятся с серозной стороны эпителия, и почему только измененияконцентрации К + с этой стороны влияют на скорость транспорта натрия.119Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
