Скачать презентацию МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТА ПАССИВНЫЙ Пассивный транспорт осуществляется за Скачать презентацию МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТА ПАССИВНЫЙ Пассивный транспорт осуществляется за

Перенос веществ лекция 0.pptx

  • Количество слайдов: 21

МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТА • ПАССИВНЫЙ Пассивный транспорт осуществляется за счёт кинетической энергии молекул т. е. МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТА • ПАССИВНЫЙ Пассивный транспорт осуществляется за счёт кинетической энергии молекул т. е. диффузии. Скорость диффузии определяется: 1) Градиентом концентрации; 2) Размером молекул; 3) Подвижностью компонентов мембраны; 4) Температурой. • АКТИВНЫЙ Активный транспорт требует затрат энергии (АТФ). Формы активного транспорта: 1) Белкипереносчики; 2) Эндоцитоз; 3) Экзоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз).

Основная количественная характеристика, используемая при описании переноса ионов или незаряженных молекул (неэлектролитов) через мембраны Основная количественная характеристика, используемая при описании переноса ионов или незаряженных молекул (неэлектролитов) через мембраны – это поток. Поток частиц n (моль/с) через площадь S измеряется числом частиц, которые пересекают эту площадь (например, мембрану клетки) за секунду. Поток вещества измеряют в числе молей данного вещества (или молей данных ионов). Заметим, что трансмембранные потоки ионов направлены всегда нормально к мембране. Плотность потока (J, моль/с·м 2) – это количество вещества (в киломолях), переносимого за секунду через единицу площади, расположенной нормально к направлению потока, в нашем случае – нормально к поверхности мембраны.

 Поток веществ из клетки. S − площадь, пересекаемая потоком перпендикулярно его направлению. В Поток веществ из клетки. S − площадь, пересекаемая потоком перпендикулярно его направлению. В случае потока через мембрану S = площадь мембраны. S Ф Ф − поток, моль/с J= Ф/S −плотность потока

Величина J зависит от концентраций переносимых частиц по сторонам мембраны C 1 и C Величина J зависит от концентраций переносимых частиц по сторонам мембраны C 1 и C 2, а в случае ионов – также и от разности потенциалов между водными фазами, омывающими мембрану 1 и 2 : Δφ = φ2 - Δφ1 В конечном счете, эти две характеристики (потенциал и концентрация) влияют на поток потому, что от них зависит энергия ионов (молекул) в данном растворе. Энергия моля ионов данного вида в среде носит название электрохимического потенциала иона и равна: где R – газовая постоянная, T – абсолютная температура, С – молярная концентрация, z – безразмерный заряд иона, F – число Фарадея, — потенциал в данной области среды. Величина о (стандартный химический потенциал) определяется энергией взаимодействия иона с молекулами среды.

m 2 Активный транспорт m 1 < m 2 m АТФ m 1 m m 2 Активный транспорт m 1 < m 2 m АТФ m 1 m 2 Пассивный перенос m 1 > m 2 m 1 Активный и пассивный ионный транспорт

ВИДЫ ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА Простая диффузия Облегченная диффузия +K - + мембрана Электрофорез ВИДЫ ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА Простая диффузия Облегченная диффузия +K - + мембрана Электрофорез

Транспортируемые вещества Диффузия свойства малые неполярные примеры кислород простая + облегчённая нет крупные неполярные Транспортируемые вещества Диффузия свойства малые неполярные примеры кислород простая + облегчённая нет крупные неполярные жирные кислоты + нет малые полярные вода + + (аквапорины) крупные полярные глюкоза нет + ионы Na+, K+, Ca++ нет +

Скорость обычной диффузии, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна концентрации переносимого вещества. В случае Скорость обычной диффузии, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна концентрации переносимого вещества. В случае переноса с участием переносчика или через узкую пору существует предельная скорость переноса, которая наступает, когда все молекулы переносчика (или все каналы) окажутся занятыми переносимыми молекулами. Поэтому такой транспорт называют насыщаемым (saturable) Поток ионов Насыщаемый транспорт Простая диффузия Концентрация иона

Лауреаты Нобелевской премии 2003 года по химии Нобелевская премия по химии за 2003 г. Лауреаты Нобелевской премии 2003 года по химии Нобелевская премия по химии за 2003 г. присуждена двум американским ученым - Р. Мак-Киннону и П. Эгру - за фундаментальные открытия, касающиеся переноса ионов и молекул воды через клеточную мембрану. Р. Мак-Киннон Первый из них расшифровал структурную и физическую основы функционирования ионных каналов, а второй - открыл и охарактеризовал канальный белок (аквапорин), служащий для проникновения молекул воды сквозь клеточную мембрану. П. Эгр

Белок аквапорин состоит из четырех субъединиц, каждая из которых имеет индивидуальную водную пору. В Белок аквапорин состоит из четырех субъединиц, каждая из которых имеет индивидуальную водную пору. В первичной структуре субъединицы одного из таких белков, аквапорина 1 (АП 1), обнаружены две повторяющиеся последовательности. Одна такая последовательность представляет собой три спиральных участка с короткой петлей, которые пронизывают мембрану и образуют одну половину поры. Две половинки поры ориентированы в мембране на 180° относительно друга и, встречаясь в центре бислоя, образуют полноценную пору.

Теоретически представляется, что протоны (H+) тоже могли бы проходить через канал за счет временного Теоретически представляется, что протоны (H+) тоже могли бы проходить через канал за счет временного взаимодействия с молекулами воды, связанными водородными связями. Однако особенности строения канала АП 1 препятствуют этому. Первый барьер для протона локализуется в самом узком участке АП 1. В этом месте канал образован такими аминокислотами, как аргинин, фенилаланин и гистидин. Диаметр поры в этом участке составляет 2. 8 ангстрема, что примерно соответствует размерам молекулы воды, а остаток аргинина несет положительный заряд, отталкивающий протонированную воду (H 3 O+). Вторым барьером для протона является сильный диполь, образуемый двумя короткими спиральными участками поры, встречающимися в центре белка. Эти частичные заряды, а также остатки аспарагина участвуют в переориентации молекул воды, проходящих через канал. Вследствие этого прерываются водородные взаимодействия между молекулой воды, находящейся в этом участке, и молекулами воды над и под ней, чем устраняется возможность для прохождения протона.

Схематическая архитектура канала в субъединице АП 1. Предполагается, что аквапорины играют роль в развитии Схематическая архитектура канала в субъединице АП 1. Предполагается, что аквапорины играют роль в развитии ряда наследственных и приобретенных заболеваний, в том числе таких, как отек мозга, цирроз, сердечная недостаточность, глаукома, поэтому столь важным представляется дальнейшее изучение тонких структур и механизмов работы этих белков.

СХЕМА СТРОЕНИЯ АКВАПОРИНОВ Механизм, предотвращающий проведение протонов через водную пору. Благодаря диполям спиралей атомы СХЕМА СТРОЕНИЯ АКВАПОРИНОВ Механизм, предотвращающий проведение протонов через водную пору. Благодаря диполям спиралей атомы кислорода в молекулах воды, оказавшихся в сужении поры, ориентируются к боковым группам аспарагинов 76 и 192 (вверху). После этого между их амидными группами и кислородом образуются водородные связи, а те, что соединяли непрерывную цепочку молекул воды, в этом месте обрываются.

РОЛЬ АКВАПОРИНОВ В ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА Аквапорины, способные проводить 3 • 109 молекул воды в РОЛЬ АКВАПОРИНОВ В ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА Аквапорины, способные проводить 3 • 109 молекул воды в секунду в расчете на каждый мономер, есть во всех без исключения живых клетках. У человека 11 вариантов различных аквапоринов, причем многие могут быть связаны с разными заболеваниями. Физиологическая роль аквапоринов особенно бросается в глаза в почках, через которые в сутки проходит от 150 до 200 л воды.

CAT mouse features microphthalmia and congenital cataracts resulting from a mutation in the gene CAT mouse features microphthalmia and congenital cataracts resulting from a mutation in the gene encoding lens AQP 0 (major intrinsic protein of lens). (A) Head of a 3 -week-old CAT mouse, revealing the unusually small eye. (B) Lens from a normal 21 -day-old mouse. (C) Lens from a 21 -day-old CAT mouse is small and contains a dense opacity. Figure provided by Alan Shiels, Washington University, St. Louis, MO. Agre P PNAS 1998; 95: 9061 -9063 © 1998 by The National Academy of Sciences

Morphology of transgenic Arabidopsis thaliana. Agre P PNAS 1998; 95: 9061 -9063 © 1998 Morphology of transgenic Arabidopsis thaliana. Agre P PNAS 1998; 95: 9061 -9063 © 1998 by The National Academy of Sciences Morphology of transgenic Arabidopsis thaliana. Plant expressing antisense RNA to aquaporin PIP 1 b (Left) and control plant (Right). Except for a fivefold amplification of root arborization, the morphology of the antisense plant is equivalent to the control. Figure provided by Ralf Kaldenhoff, University of Würzburg, Germany.

АКВАПОРИНЫ В ИСКУССТВЕННЫХ МЕМБРАНАХ АКВАПОРИНЫ В ИСКУССТВЕННЫХ МЕМБРАНАХ