Назовите механизмы при помощи которых ионы перемещаются через плазматическую мембрану клеток?

Краткий обзор:

Мембрана клетки является избирательным барьером для различных веществ, находящихся внутри и снаружи клетки. Существует три механизма трансмембранного переноса молекул: пассивный транспорт, облегченная диффузия, активный транспорт.

Основная часть:

Облегченная диффузия

Облегчённая диффузия осуществляется с участием компонентов мембраны (ионные каналы, белки-переносчики, анионообменники) по градиенту концентрации и без непосредственных затрат энергии; проявляет специфичность по отношению к транспортируемым молекулам.

Ионные каналы (унипорты) представлены большой̆ группой̆ гете-ромультимерных интегральных мембранных белков, обеспечивающих избирательный̆ транспорт ионов через фосфолипидный̆ бислой мембраны из клетки в межклеточное пространство и обратно. Пору канала, как правило, образуют несколько белковых субъединиц. В геноме человека закодирован синтез не менее 50 различных типов ионных каналов. Различают каналы утечки и воротные каналы.

• Каналы утечки позволяют ионам перемещаться по градиенту концентрации в клетку или из неё. Например, утечка из клетки положительно заряженных ионов калия приводит к тому, что внутренняя поверхность мембраны заряжается отрицательно относительно наружной̆.

• Воротные каналы постоянно закрыты и открываются в ответ на действие различных стимулов. Воротные каналы подразделяют на потенциалзависимые, внеклеточный̆ лиганд-активируемые, внутри-клеточный̆ лиганд-управляемые и механочувствительные, или регулируемые объёмом клетки.

◊ Натриевые каналы в возбудимых структурах (например, скелетные мышечные волокна, кардиомиоциты, нейроны) участвуют в генерации потенциала действия, присутствуют практически в любой̆ клетке, не обязательно генерирующей̆ потенциалы действия

◊ Калиевые каналы — обнаружены в плазмолемме всех клеток; их функции: поддержание мембранного потенциала, регуляция объёма клетки, модуляция электрической̆ возбудимости нервных и мышечных структур.

◊ Кальциевые каналы (каналы депо кальция) участвуют в сокращении, секреции (в т.ч. гормонов и нейромедиаторов) и множественных клеточных процессов.

◊ Хлорные каналы регулирует электрическую возбудимость плазмолеммы скелетных мышечных волокон, регуляция объёма клетки, образовании соляной̆ кислоты в желудке.

Трансмембранные белки-переносчики (симпорты) участвуют в сочетанном транспорте двух веществ, при котором движущей̆ силой̆ является перемещение по градиенту концентрации одного из веществ, например, ионов натрия. При помощи Na+ в клетку транспортируются глюкоза (симпорт Na+/глюкоза), аминокислоты (симпорт Na+/АК), фосфаты (симпорт Na+/Р), бикарбонат (симпорт Na+/HCO -), хлор (симпорт для Na+/Cl-).

Анионообменники (антипорты) — регуляторы внутриклеточного pH. Среди переносчиков этой группы хорошо изучены анионообменники Cl– на бикарбонат и Na+ на H+.

Активный транспорт

Активный транспорт происходит при участии при участии АТФаз (насосов), обеспечивающих энергозависимый̆ трансмембранный̆ перенос ионов против электрохимического градиента. Наиболее известны следующие насосы: натрий, калиевый (Na+,K+-АТФаза) антипорт, протонный (H+,K+-АТФаза) антипорт и кальциевый̆ (Ca +-АТФаза) унипорт.

• Натрий,калиевая АТФаза выкачивает Na из клетки в обмен на K, поддерживает мембранный̆ потенциал покоя и участвует в генерации потенциала действия в мембране нервных и мышечных клеток.

• Протонная, калиевая АТФаза участвуют в образовании соляной̆ кислоты (электронейтральный обмен внеклеточного K+ на внутриклеточный̆ H+) париетальными клетками желез слизистой̆ оболочки желудка

• Кальциевая АТФаза откачивает ионы кальция из цитозоля против концентрационного градиента во внутриклеточные депо кальция (цистерны гладкой̆ эндоплазматической̆ сети).

Вопрос №23

. Отличие активного транспорта веществ через клеточную мембрану от пассивного.

Краткий обзор:

Активный транспорт – перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный) или через слой клеток (трансцеллюлярный), протекающий из области низкой концентрации в область высокой, т.е. с затратой свободной энергии организма.

 

Пассивный транспорт – перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии.

Основная часть:

 

Пассивный транспорт – это транспорт через мембрану веществ из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Он осуществляется в двух формах: в форме простой диффузии и в форме «облегченной» диффузии. Оба этих процесса не нуждаются в энергии, идут относительно медленно и останавливаются, когда концентрация веществ по обе стороны мембраны уравняется. Скорость диффузии и сама возможность транспорта веществ через мембрану зависит (помимо концентрации) от ряда факторов: температуры, размера молекул, способности растворяться в липидах. Жирорастворимые вещества проходят через липидные слои легко, водорастворимые – с трудом. В мембране существуют специальные липидные и белковые «поры», через которые и проходит диффузия. Простая диффузия относительно медленный процесс и природа приспособила для ускорения транспорта специальные мембранные белки – переносчики. Они соединяются с транспортируемым веществом и переносят его с одной стороны мембраны на другую. Для каждой группы веществ в мембране должны быть свои переносчики. Такой процесс и называется «облегченная диффузия», протекая в десятки раз быстрее простой диффузии.

Ионный транспорт – это разновидность пассивного транспорта для заряженных ионов, но имеет свои особенности. Белки в цитоплазме клетки несут на своей поверхности, как правило, отрицательный заряд, создавая определенный электрический фон в клетке. Если в клетку направляются потоки положительных (катионы) или отрицательных (анионы) ионов, то положительных ионов войдет больше, поскольку часть катионов будет связываться белками цитоплазмы, нейтрализоваться и создавать дополнительную разницу концентраций разнозаряженных ионов внутри и снаружи клетки. Для транспорта ионов в мембране есть либо специальные ионные поры, либо переносчики.

 

Активный транспорт – наиболее важная форма транспорта для клетки.. Состав цитоплазмы и межклеточной жидкости сильно различаются. Поэтому в клетке существует система «активного транспорта». В этом случае транспорт молекул осуществляется против градиента концентрации (из зоны низкой концентрации в зону высокой). Для этого существуют специальные белковые мембранные комплексы (ионные и молекулярные каналы), работающие с затратой энергии. До 40% всей энергии, вырабатываемой клеткой, идет на транспортные расходы.

Наиболее известны следующие насосы: натрий калиевый антипорт, протонный антипорт, кальциевый унипорт.

 

- Натрий калиевая АТФаза выкачивает натрий из клетки в обмен на калий, поддерживает мембранный потенциал покоя и участвует в генерации потенциала действия в мембране нервных и мышечных клеток.

- Протонная калиевая АТФаза участвует в образовании соляной кислоты (электронейтральный обмен внеклеточного калия на внутриклеточный протон) париетальными клетками желез слизистой оболочки желудка.

- Кальциевая АТФаза откачивает ионы кальция из цитозоля против концентрационного градиента во внутриклеточные депо кальция (цистерны гладкой ЭПС).

 

Унипорт – однонаправленный перенос ионов по концентрационному градиенту.

Симпорт – совместный транспорт веществ в одном направлении при помощи одного переносчика за счет разницы концентраций.

Антипорт – согласованный перенос веществ через мембрану в противоположных направлениях.

Вопрос №24

Облегченная диффузия при участии ионных каналов. Типы ионных каналов
Облегченная диффузия – осуществляется с помощью белков переносчиков с участием компонентов мембраны (ионные каналы, белки-переносчики,анионообменники), по градиенту концентрации и без затрат энергии.
Ионные каналы(унипорты, если кто-то не знает, то унипорт – однонаправленный перенос ионов по градиенту с%, перенос хлора) большая группа интегральных белков, обеспечивающих избирательный транспорт ионов через фосфолипидный бислой мембраны ИЗ КЛЕТКИ В МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО И ОБРАТНО! Просвет поры сформирован остатками гидрофильных аминокислот и заполнен водой, узкий просвет образует «фильтр», который организует проницаемость только для конкретного иона. Ионные каналы (унипорт) классифицируют:

А).По типу ионов: натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные каналы;

Б).По способу регуляции

1).Потенциал–чувствительные;

2).Хемочувствительные (рецептор–управляемые);

3).Внутриклеточными веществами (ионами, физиологически активными веществами).
Симпорт (НСОЗ,Na+)– перенос двух и более веществ в 1 направлении при помощи 1 переносчика за счет разницы с%.
Антипорт (входит НСО3-, выходит Сl-)– согласованный перенос двух и более веществ через мембрану в противоположных направлениях.

25. Пассивный транспорт веществ через плазматическую мембрану

Кратко:

Пассивный перенос веществ через клеточные мембраны не тре­бует затраты энергии метаболизма.

Виды пассивного транспорта

Виды пассивного транспорта веществ:

Простая диффузия -свободное перемещение молекул и ионов в направлении градиента их химического (электрохимического) потенциала (так могут перемещаться лишь вещества с малыми размерами молекул, например вода, метиловый спирт)

Осмос- давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворенного вещества из объема с меньшей концентрацией растворенного вещества

Диффузия ионов- происходит, в основном, через специализированные белковые структуры мембраны — ионные ка­налы, когда они находятся в открытом состоянии.

Облегченная диффузия- это быстрое движение молекул через мембрану с помощью специфических мембранных белков, называемых пермеазами.

Пермеазы- ферментоподобные белки бактерий, участвующие в транспорте метаболитов, находятся в периплазме микробной клетки

Дополнение к краткому ответу – развернутый ответ:

Простая диффузия

Если концентрация вещества по обе стороны мембраны различна, возникает поток частиц, направленный из более концентрированно­го раствора в разбавленный. Диффузия происходит до тех пор, пока концентрация вещества по обе стороны мембраны не выравнивается. Через клеточную мембрану проходят как хорошо растворимые в воде {гидрофильные) вещества, так и гидрофобные, плохо или совсем в ней нерастворимые.

Осмос

Осмос — движение молекул воды (растворителя) через мембрану из области меньшей в область большей концентрации растворенного вещества. Осмотическим давлением называется то наименьшее дав­ление, которое необходимо приложить к раствору для того, чтобы предотвратить перетекание растворителя через мембрану в раствор с большей концентрацией вещества.

Диффузия ионов

Диффузия ионов происходит, в основном, через специализированные белковые структуры мембраны — ионные ка­налы, когда они находятся в открытом состоянии. В зависимости от вида ткани клетки могут иметь различный набор ионных каналов. Различают натриевые, калиевые, кальциевые, натрий-кальциевые и хлорные каналы. Перенос ионов по каналам имеет ряд особеннос­тей, отличающих его от простой диффузии. В наибольшей степени это касается кальциевых каналов.

Облегченная диффузия

Через биологические мембраны кроме воды и ионов путем простой диффузии проникают многие вещества (от этанола до сложных лекарственных препаратов). В то же время даже сравнительно небольшие полярные молекулы, например, гликоли, мо­носахариды и аминокислоты практически не проникают через мем­брану большинства клеток за счет простой диффузии. Их перенос осуществляется путем облегченной диффузии. Облегченной называется диффузия вещества по градиенту его концентрации, которая осущест­вляется при участии особых белковых молекул-переносчиков.

 

26 вопрос.
Виды эндоцитоза(пиноцитоз,фагоцитоз,опосредованный рецепторами эндоцитоз)

Кратко:

Эндоцитоз и экзоцитоз — это два активных процесса, посредством которых различные материалы транспортируются через мембрану либо в клетки (эндоцитоз), либо из клеток (экзоцитоз). При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки или вакуоли. Различают два типа эндоцитоза.

Фагоцитоз («поедание») — поглощение клетками твердых частиц. Специализированные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами; эту функцию выполняют, например, некоторые виды лейкоцитов, поглощающие бактерии.

Пиноцитоз («питье») — поглощение клеткой жидкого материала. Пузырьки, которые при этом образуются, часто бывают очень мелкими. В таком случае говорят о микропиноцитозе и пузырьки называют микропиноцитозными. Пиноцитоз характерен для очень многих клеток, как животных, так и растительных. Полный ответ:

Крупные молекулы биополимеров практически не транспортируются через мембраны, и все же они могут попадать внутрь клетки в результате эндоцитоза. Его разделяют на фагоцитоз,пиноцитоз и опосредованный рецепторами эндоцитоз.

При эндоцитозе (эндо — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты который расщепляют макромолекулы до мономеров.Фагоцитоз - захват и поглощение клеткой крупных частиц
Пиноцитоз - процесс захвата и поглощения капелек жидкости с растворенными в ней веществами.
опосредуемый рецепторами эндоцитоз-представляет собой избирательный концентрирующий механизм, позволяющий клеткам захватывать большие количества специфических лигандов без поглощения соответственно большего объема внеклеточной жидкости.Макромолекулы, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клеток, проходят внутрь через окаймленные ямки со значительно большей скоростью.Один из примеров рецепторно-опосредованный эндоцитоза может служить фагоцитоз бактерии лейкоцитом.

Виды экзо- и эндоцитоза.

Макромолекулы и более крупные частицы проникают через мембрану внутрь клетки путем эндоцитоза, а удаляются из нее - экзоцитозом. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем отшнуровываясь превращаются во внутриклеточные пузырьки, содержащие захваченный клеткой материал. Продукты поглощения поступают в клетку в мембранной упаковке. Эти процессы происходят с затратой энергии АТФ. Внеклеточное пространство находится сверху, оно отделено от цитоплазмы (снизу) плазматической мембраной. Из-за наличия стадии слипания бислоев экзоцитоз и эндоцитоз не повторяют друг друга в обратном порядке: при экзоцитозе слипаются два монослоя плазматической мембраны, обращенные к цитоплазме, тогда как при эндоцитозе - два наружных монослоя мембраны. В обоих случаях сохраняется асимметрический характер мембран, и монослой, обращенный к цитоплазме, всегда контактирует с цитозолем. Различают два вида эндоцитоза - фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз - захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда целых клеток и их частей). Специальные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами. В результате образуются крупные пузырьки, называемые фагосомами. Жидкость и растворенные в ней вещества поглощаются клеткой посредством пиноцитоза. Плазматическая мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки, это происходит в процессе экзоцитоза. Таким образом из клетки выводятся гормоны, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Некоторые секретируемые клеткой белки упаковываются в транспортные пузырьки, непрерывно переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая содержимое. Это характерно для всех эукариотических клеток. В других клетках, главным образом секреторных, определенные белки запасаются в специальных секреторных пузырьках, которые сливаются с плазматической мембраной только после получения клеткой соответствующего сигнала извне. Данные клетки способны к секреции веществ в зависимости от определенных потребностей организма, например, в гормонах или ферментах.

Кратко: