Перенос низкомолекулярных веществ

ПРОСТАЯ ДИФФУЗИЯ: низкомолекулярные вещества (мочевина, кислоты) и нейтральные молекулы(вода, углекислый газ, кислород). Чем больше различие концентраций между разделенными мембраной компонентами, тем выше скорость диффузии

ОБЛЕГЧЕННАЯ ДИФФУЗИЯ: при участии транспортных белков – транслоказ – интегральные, специфичные по отношению к переносимым веществам. К+ - каналыв плазмаллеме возбудимых клеток. Переносятся вещества не способные к простой диффузии. Аквапорин – вода. Направление переноса определяется разностью концентрацийФеномен насыщения: при максимальной величине разностей концентраций, скорость переноса стбильна. Механизмы переноса: постоянный канал, канал, открывающийся при наличии вещества с одной стороны, перенос путем поворота белка.

АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ: против градиента концентрации вещества. Требует затрата энергии, одновременный гидролиз АТФ. Са2+ - насос. Перенесенное через мембрану вещество, связывается с другим и понижает концентрацию в новом компартменте. Источник энергии ОВ процесс. Пример – перенос электронов по дыхательной цепи, на мембранах градиент потенциала.

СОПРЯЖЕННЫЙ ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВ: перенос одного вещества обеспечивается энергетическим выигрышем другого вещества. Симпорт – перенос в одну сторону, одно по градиенту, второе – против. Молекула глюкозы и ионы натрия. Антипорт – перенос одного вещества в обмен на другое при участии транслоказ. Например, калий-натриевый насос плазмалеммы: натрий – из клетки, калий – в клетку. Энергия АТФ используется для фосфорелирования транслокации и изменения ее конформации. Гликозиды тормозят работу этого насоса, конкурируя с ионами натрия за транслоказу.

ПЕРЕНОС ЧАСТИЦ И ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1) ЭНДОЦИТОЗ – перенос частиц в клетку. Пиноцитоз – захват и поглощение растворимых макромолекул; фагоцитоз – захват твердых частиц; эндицитоз – с помощью рецепторов, предварительно связвающихся с растворимым веществом.

Наблюдается втягивание плазмолеммы в цитоплазму до тех пор, пока вещество полностью не проникнет в клетку,образуется мембранный пузырек, который перемещается в цитоплазму. Транспорт белков митохондрий.

2) ЭКЗОЦИТОЗ – перенос из клеток частиц или крупных макромолекул. Секреция. Из клетки выделяются и высокомолекулярные вещества (гормоны) и низкомолекулярные (протоны в желудке). Высокомолекулярные вещества – секреторные пузырьки, чья мемьрана сливается с плазмолеммой и вещество оказывается за пределами клетки. Простые вещества – диффузия.

3) ЭКЗОЦИТОЗ АЦЕТИЛХОЛИНА: образуется в цитоплазме нервных клеток и поступает в пузырьки, где его конц. 0,5 М. Энергетический источник – протонный насос. В экзоцитозе ацетилхолина ключевая роль у ионов кальция. При возбуждении в цитоплазме пресинаптического окончания концентрация ионов кальция повышается за счет поступления из внешней среды, благодаря чему синтезируется киназа – синаптин. Пузырек перемещается к пресинаптической мембране, где, взаимодействуя с кальций-зависимыми белками, обеспечивает формирование первичной поры, через которую ацетилхолин изливается в пространство. А пузырек сливается с мембраной.

ГОРМОНЫ

Гормоны – это вещества, образующиеся в эндокринных клетках и обладают биологической активностью. По химическому строению: производные аминокислот(тиреоидные гормоны) и катехоламины; пептиды (гормоны гипофиза и гипоталамуса); стероидные (кортикостероиды, андрогены, эстрогены); производные полиненасыщенных жирных кислот (простагландины).

По механизму действия:на основе полярности.

Гормоны 1 класса: гидрофобные. Стероидные и гормон щитовидной железы. Способны проникать в клетки-мишени, где имеются связывающие их рецепторные молекулы. Роль рецепторов – цитозольные белки. Каждый гормон имеет свой рецептор. Образующийся гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро, где включает или выключает специфические гены, вследствие чего синтезируются ферменты или белки.

Гормоны 2 класса: - гидровильные. Катехоламины и пептидные гормоны. Действуют на наружную поверхность мембраны клеток ткани-мишени. Не проходят через мембраны и не попадают в клетку, а обратимо связываются с рецепторной молекулой на ее наружной поверхности. Такие рецепторные молекулы есть только в клетках-мишенях. Образующийся комплекс кормон-рецептор активирует нуклеотидил-циклазу, во внутренней поверхности мембраны. Активированный фермент катализирует образование 3,5 – циклического нуклеотида в цитоплазме. Это активирует одни и инактивирует другие белки и ферменты.

 

РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА

Во время митоза происходят следующие важные события:

В профазе происходит конденсация удвоившихся хромосом, и сестринские хроматиды во многих местах связаны между собой белками – когезинами.

Синтез РНК на хромосомах прекращается, в результате чего исчезают ядрышки, и постепенно разрушается ядерная оболочка.

ЭПС и аппарат Гольджи в цитоплазме распадаются на везикулы.

Две диплосомы (пары центриолей) расходятся к полюсам клетки и участвуют в образовании веретена деления.

Синтез белков в клетке уменьшается на 75 %.

Во время метафазы:

Хромосомы максимально конденсируются, выстраиваются в экваториальной части клетки,

Связи из белка когезина между сестринскими хроматидами разрушаются,

Завершается формирование веретена деления.

В анафазе:

Хроматиды расходятся к полюсам клетки за счёт укорочения (разборки) микротрубочек кинетохор и удлинения полярных микротрубочек для расхождения полюсов.

Считается, что в этом процессе участвуют специальные белки – транслоказы.

Во время телофазы:

Завершается расхождение хромосом, с которыми ассоциируются пузырьки из ранее разрушенной мембраны ядра.

Пузырьки образуют двойную оболочку вокруг каждой хромосомы (кариомеры).

Все соответствующие хромосомы оказываются связанными со своей диплосомой (центриолью). Кариомеры сливаются, образуя соответствующие дочерние ядра, хромосомы расплетаются и начинается образование ядрышек.

В поздней телофазе происходит разделение цитоплазмы клетки за счёт сжатия образовавшегося актомиозинового кольца в экваториальной части клетки.

В результате образуются две дочерние клетки, восстанавливаются ЭПС и аппарат Гольджи.

Для перехода к делению нужен внешний сигнал:

Деление клетки в культуре возможно лишь в случае её прикрепления к внешней клеточной структуре: коллагеновым волокнам, базальной мембране; поверхности флакона (при культивировании клеток in vitro).

После этого одна из субъединиц белка интегрина активирует специальную тирозин-киназу, связанную с рецептором.

Это обеспечивает сигнальный путь к каскаду реакций по синтезу и активации соответствующих белков.

Ключевая роль в поочерёдной смене фаз клеточного цикла отведена ферментам – протеинкиназам, называемым циклин-зависимыми киназами (Cdks – cyclin-dependent kinases).

Каждая из этих киназ фосфорилирует определённые белки, важные для протекания соответствующей фазы цикла.

В результате белки либо активируются для выполнения соответствующей физиологической функции, либо ингибируются. Молекула любой протеинкиназы содержит одну белковую субъединицу.

С ней связывается специальный белок – циклин, который представлен несколькими разновидностями.

Термин циклин связан с циклическим характером изменения концентрации этих белков в течение клеточного цикла.

Считается, что связавшийся с киназой циклин не просто активирует её, но и придаёт ей определённую субстратную специфичность по отношению к тем белкам, которые нужно фосфорилировать. Таким образом, циклин и зависимая киназа формируют комплекс, в котором киназа выполняет каталитические функции, а циклин – активаторные. Таким образом, весь цикл клетки управляется небольшим числом белковых комплексов, обеспечивающих фосфорилирование определённых белков.

Управление процессом достигается:

Регуляцией синтеза циклин-зависимых киназ под действием комплексов циклин-Cdk предыдущей фазы деления клетки.

Регуляцией их активности

путём связывания киназы с соответствующим циклином,

специальными семействами белков (INK4 и KIP1),

механизмами фосфорилирования и дефосфорилирования самих комплексов при участии специальных ферментов.

Контролем распада циклин-зависимых протеинкиназ

СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ для МИТОЗА

Ведут к комплексам G 1 –периода –

    циклин D – Cdk4, 6 и циклин Е – Cdk2, запускающим очередной клеточный цикл.

Наиболее изученные – это

митогенный сигнальный путь, начинающийся со связывания эпидермального фактора роста, и

путь, обеспечивающийся антиген-представляющими клетками.

Митогенный сигнальный путь включает:

Синтез специальных митоген-активируемых киназ

Фосфорилирование белков – факторов транскрипции

Активацию генов раннего ответа (FOS, JUN), белки которых активируют гены замедленного ответа, в т.ч. гены циклина D, Cdk4 и Cdk6, а также других белков, которые далее активируются Cdk4 и Cdk2. При контакте с другими клетками белки – кадгерины (которые участвуют в образовании таких контактов) меняют свою конформацию и связывают один из факторов транскрипции, в результате чего последующий каскад событий обеспечивает прекращение делений клетки. Сигнальные пути действия антимитогенов также оказывают прямой или опосредованный характер на торможение работы генов циклина D, Cdk4 и Cdk6. Таким образом, сигнальные пути определяются не только действием циклин-зависимых протеин-киназ, но и белков, связанных с определением клеткой её местонахождения (пространственной ориентации).