Транпортные белки клеточной мембраны. Диффузия через клеточную мембрану

Видео: Физиология клеточных мембран

Внеклеточная жидкость содержит много ионов натрия и мало — ионов калия. Соотношение этих ионов во внутриклеточной жидкости противоположное. Кроме того, во внеклеточной жидкости гораздо больше ионов хлора по сравнению с внутриклеточной жидкостью. В то же время концентрации фосфатов и белков внутри клеток значительно выше, чем во внеклеточной жидкости. Такие различия чрезвычайно важны для жизни клетки. Цель этой главы — объяснить, как эти различия обеспечиваются транспортными механизмами клеточных мембран.

Видео: Функции клеточных мембран

Структура мембраны, покрывающей каждую клетку организма, изложена в главе 2 и представлена на рис. 2—3 и 4—2. Эта мембрана почти полностью состоит излипидного бислоя и большого числа белковых молекул, многие из которых пронизывают мембрану насквозь.

Липидный бислой не смешивается ни с внеклеточной, ни с внутриклеточной жидкостями, что создает барьер для перемещения молекул воды и водорастворимых веществ между внеклеточным и внутриклеточным пространствами. Это так называемые жирорастворимые вещества.

Молекулы белков в мембране обладают совсем другими свойствами для транспорта веществ. Их молекулярная структура нарушает непрерывность липидного бислоя, образуя альтернативный путь сквозь клеточную мембрану. Большинство из этих пронизывающих мембрану белков могут функционировать в качестве транспортных белков. Различные белки функционируют по-разному. Некоторые имеют проходящие через молекулу водные пространства, что делает возможным свободное движение воды и некоторых ионов или молекул- это так называемые белки каналов.

Другие белки, называемые белками-переносчиками, для транспорта молекул или ионов связываются с ними- конформационные изменения белковых молекул затем переносят вещества через внутреннюю структуру белка на другую сторону мембраны. И белки каналов, и белки-переносчики обычно обладают высокой избирательностью по отношению к типам молекул или ионов, позволяя только определенным из них проходить через мембрану. Примерно аналогичный механизм транспорта может возникнуть и у некачественных натяжных потолков.

Видео: Transport in Cells Active Transport, part – 2. Транспорт в клетках: Активный транспорт, часть – 2

Диффузия в сравнении с активным транспортом. Транспорт через клеточную мембрану непосредственно сквозь липидныи бислой или с помощью белков осуществляется одним из двух основных процессов: диффузией или активным транспортом.

Диффузия означает случайное движение молекул веществ через межмолекулярные пространства в мембране или в комбинации с белком-переносчиком, но существуют много вариаций этих основных механизмов. Энергией, обеспечивающей диффузию, является энергия обычного кинетического движения материи.

Активный транспорт означает движение ионов или других веществ через мембрану в комбинации с белком-переносчиком, который заставляет вещество двигаться против энергетического градиента, например из области низкой концентрации в область высокой концентрации. Такое движение требует дополнительного источника энергии помимо кинетической энергии. Далее представлены более детальные объяснения физических и физико-химических основ этих двух процессов.

Видео: Квашенко А.Н. Живое и неживое

Все молекулы и ионы в жидкостях организма, состоящих из воды и растворенных в ней веществ, находятся в постоянном движении, причем каждая частица движется в своем направлении. Движение этих частиц создает то, что физики называют теплом. Чем сильнее движение, тем выше температура. Это движение никогда и ни при каких условиях не прекращается, если только температура не равна абсолютному нулю.

Когда движущаяся молекула А приближается к неподвижной молекуле Б, электростатические и другие ядерные силы молекулы А толкают молекулу Б, передавая ей часть энергии движения молекулы А. При этом молекула Б приобретает кинетическую энергию движения, тогда как молекула А замедляется, теряя часть своей кинетической энергии. В связи с этим одиночная молекула в растворе «отскакивает» от других молекул сначала в одном направлении, затем — в другом и т.д., совершая тысячи случайных «отскоков» в секунду. Такое непрерывное движение молекул относительно друг друга в жидкостях или газах называют диффузией.

Ионы диффундируют так же, как целые молекулы, и даже взвешенные коллоидные частицы рассеиваются подобным образом, однако скорость диффузии коллоидов гораздо меньше из-за их больших размеров.

Источник: http://meduniver.com