Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Схематическое строение одиночного ионного канала представлено на рис. 5.1. Сн Селективный фильтр Устье Устье Рис. 5.1. Схема строения потенциалунравляемого ионного канала Канал — это две макромолекулы, образующие в мембране пору через бислои липидов. В поре имеется узкий селективный фильтр вблизи наружной поверхности мембраны и воротное устройство вблизи ее внутренней поверхности. Пространство между селективным фильтром н воротами получило название туннеля.
Сенсор напряжения, расположенный в липидном слое, управляет открьггием ворот под влиянием внутримембранного поля. Расширенные части канала у наружной и внутренней поверхности образуют устья (или вестибюли). Облегченная диффзия. Вещества, нерастворимые в липидах, с размером молекулы более 0,3-0,4 нм, не диффундируют через мембраны. Так, шестиатомные спирты с диаметром молекул 0,42 нм не проникают в большинство клеток. Однако глюкоза и некоторые другие моносахариды с такими же размерами молекул, как правило, хорошо проникают в клетку.
Для объяснения высокой проницаемости клеточных мембран по отношению к сахарам, аминокислотам и некоторым другим соединениям была выдвинута концепция «переносчиков», связывающихся с транспортируемым веществом и таким образом «облегчающих» их прохождение через мембрану. Такая облегченная диффузия происходит по градиенту концентрации без затрат энергии и относится к пассивному транспорту. В основе механизма облегченной диффузии лежит обратимое соединение транспортируемого вещества со специфическим переносчиком, и образующийся комплекс вещество-переносчик диффундирует внутри мембраны от наружной поверхности к внутренней, где комплекс диссоциирует с высвобождением вещества внутрь клетки.
Свободный же переносчик диффундирует назад к наружной поверхности мембраны, где соединяется с новой молекулой вещества, и цикл повторяется (рис. 5.2, а, б). мбра н Н Рис. 5.2. Схема транспорта веществ с участием подвижного (а) и фиксированного (б) переносчиков Развивается также тетрамерная модель облегченного переноса. Согласно этой модели транспорт осуществляется не в результате присоединения переносимого субстрата к подвижному переносчику, а путем «внутреннего» переноса субстрата через белковый тетрамер, встроенный в мембрану (фиксированный переносчик).
Тетрамер состоит из симметрично расположенных субъединиц, две из которых характеризуются высоким сродством к субстрату, а две — низким. Тетрамер может существовать в одной из двух энергетически эквивалентных конформаций, переход между которыми происходит только в том случае, когда молекула субстрата присоединяется к одной из субъединиц. Этот конформационный переход и является непосредственной причиной переноса субстрата через мембрану (рис.
5.2, 6). Можно отметить ряд характерных отличий между облегченной и простой диффузией. 1. При простой диффузии поток вещества пропорционален внешней концентрации и все время возрастает с увеличением последней. При облегченной диффузии кривая, описывающая поток веществ через мембрану, стремится к насыщению при концентрациях„обеспечивающих связывание всех молекул переносчика. 2.
Наличие специфических переносчиков, взаимодействующих с веществами определенного строения, обусловливает резко выраженную зависимость проникающей способности вещества от его химической структуры и, в частности, от пространственной конфигурации его молекул. 3. Облегченная диффузия, в отличие от простой, может ингибировиться некоторыми соединениями (иногда в весьма малых концентрациях), которые блокируют переносчик. Процесс переноса веществ через мембраны с помощью переносчика описывается в рамках кинетики Михаэлиса — Ментен (рис. 5.3). ВН ~~-Ф ыах К С ) Рис.
5.3. Соотношение между концентрацией раствореннопо вещества в наружной среде и скоростью исступленна внутрь (кинетика Мнхазлиса — Ментен) 100 Скорость переноса пропорциональна концентрации вещества в интервале низких концентраций, а затем снижается по мере ее роста и в конце концов приближается к максимуму (происходит насыщение) (рис. 5.3.), поток вещества, например, внутрь клетки Ф„.'„в этом случае описывается соотношением: Фен С~ Фмах К,+С," (5.9) 101 где Ф'" — максимальная скорость переноса 1-ксенобиотика; К, — константа, характеризующая сродство вещества к переносчику; С," — концентрация веществ в наружной среде.
При К; = С; поток становится равен половине максимального патока. Поэтому и графическое определение константы сводится к определению полумаксимальной величины потока и экстраполяции на точки пересечения оси абсцисс (см. рис. 5.3): чем ниже величина К,, тем выше сродство транспортируемого вещества к переносчику. В плазматических мембранах многих животных клеток существуют, как минимум, пять различных белков-переносчиков аминокислот, которые действуют как системы симпорта, перенося одновременно ионы Иа', причем каждый из этих белков специфичен для группы родственных аминокислот, Градиент концентрации Ха может также приводить в действие системы антипорта. Например, в оплодотворенном яйце морского ежа значительное повышение внутриклеточного рН активирует синтез белков и ДНК; это изменение рН вызывается потоком Н' нз клетки, возникающим благодаря потоку Жа' в клетку.
У бактерий и растительных клеток большинство систем активного транспорта, приводяшихся в действие ионными градиентами, используют в качестве котранспортируемого ион Н, а не Ха'. Например, хорошо изучен трансмембранный белок-переносчик лактозы (пермеаза или М-белок), функционирующий в бактериальной мембране. Белок состоит из одной полипептндной цепи ~30 000 дальтон) и осуществляет Н -зависимый симпорт: с каждой транспортируемой в клетку молекулой лактозы переносится один протон. Не исключено и наличие переносчиков определенных видов ксенобиотиков.
Для регуляции переноса веществ используются ионофоры. Ионофоры — это небольшие гидрофобные молекулы, которые растворяются в липидных бислоях и повышают их проницаемость для ионов. Большинство нонофоров синтезируется микроорганизмами (вероятно, в качестве биологического оружия против своих конкурентов); некоторые из них используются как антибиотики. Ионофоры широко применяются для повышения проницаемости мембран по отношению к определенным ионам. Существуют два класса ионофоров — подвижные переносчики ионов и каналообразующие ионофоры. Ионофоры обоих типов действуют, экранируя заряд транспортируемого иона так, чтобы последний мог пройти гидрофобную внутреннюю область липидного бислоя.
Поскольку ионофоры не связаны ни с каким источником энергии, они лишь позволяют ионам двигаться по электрохимическим градиентам. Примером каналообразуюшего ионофора является грамицидин А. Он представляет собой линейный пептид, состоящий из 15 аминокислот; все они имеют гидрофобные боковые цепи. Вероятно, в бислое две молекулы грамицидина объединяются и образуют трансмембранный канал, позволяющий моновалентным катионам передвигаться по злектрохимическим градиентам. При напичии большого электрохимического градиента грамицидин А может пропустить 2 10' катионов в расчете на один открытый канал за 1 с, что в 1000 раз больше, чем может перенести за это же время одна молекула подвижного переносчика. 5.2. Активный транспорт Как мы уже отмечали, активный транспорт веществ либо осуществляется за счет сопряжения электрохимических градиентов, либо выполняется молекулярными машинами (АТФазами).
Активный перенос происходит с затратой энергии и идет против градиента электрохимического потенциала. Следует различать первичный и вторичный (или сопряженный) активный транспорт. Первичный активный транспорт — трансмембранный векторный перенос веществ осуществляется непосредственно в ходе реакции энергетического преобразования в АТФазных системах или ОВЦ, т. е. используется энергия либо АТФ, либо энергия ОВ реакций. Он подразделяется на: а) электрогенный активный транспорт — первичный активный перенос веществ через мембрану во время АТФазной или окислительновосстановительной (ОВ) реакциях, сопровождаемых генерацией электрического потенциала; б) электронейтральный активный транспорт — первичный активный перенос веществ во время АТФазной или ОВ реакциях, не сопровождающихся генерацией электрического потенциала (стехиометрия обмена 1:1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
