Загрузить файл

Вопросы РК №2. Мембранология
1) Балжан Интегрины: особенности строения, функции.
2) Шынар Селектины: особенности строения, функция.
3) Мг Межклеточные контакты, роль мембран в межклеточных контактах.
4) Лена Пиноцитоз. Разновидности, биологическое значение
5) Лена Эндоцитоз. Разновидности эндоцитоза. Биологическое значение. Трансформация эндоцитозного
материала.
6) Лена Облегченная диффузия. Транслоказы, механизм действия. Привести примеры.
7) Лена Экзоцитоз. Разновидности экзоцитоза, механизм. Биологическое значение.
8) Саша Первичный активный транспорт веществ. Роль первично-активного транспорта. Примеры.
9) Тм Nа,К-АТФаза, Структура свойства, функция, механизм действия в составе биологических мембран.
10) Тм Вторичный активный транспорт веществ. Роль вторичного-активного транспорта. Примеры.
11) Тм Антибиотики как переносчики ионов. Привести примеры.
12) Тм Ионные каналы. Особенности строения, свойства, функциональное состояние ионных каналов.
1. Интегрины: особенности строения, функции.
Интегрины — это трансмембранные гетеродимерные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным
матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они
участвуют в регулировке клеточного цикла.
Структурно интегриновые рецепторы представляют собой гетеродимеры — каждый состоит из двух
нековолентно связанных полипептидных цепей (β,α). Обе цепи пронизывают клеточную мембрану.
Молекулярные массы альфа и бета цепей интегрина - составляют 140000 и 100000 соответственно (альфа цепь
впоследствие расщепляется на две цепи, которые остаются связанными дисульфидной связью). Альфасубъединицы определяют специфичность интегрина к лиганду, а бета-субъединицы связаны с компонентами
цитоскелета и обеспечивают передачу сигнала в клетке. Интегрины постоянно присутствуют в клетке, но для
связывания лиганда необходима их активация.
α -цепь содержит 3 или 4 тандемных повтора мотива связывающего двухвалентные ионы и нуждаются в Mg и
Ca для функционирования. Альфа цепи при связывании с бета цепью дают функциональный рецептор . По
размеру α-субъединица преобладает, а функциональную нагрузку несет β-цепь. Бета цепь имеет функциональное
значение и интегрины классифицируются по ним. Так интегрины с β1 или β3 цепью преимущественно вовлечены
во взаимодействие клетки - ЕСМ. Интегрины с β2 цепью преимущественно вовлечены во взаимодействие
лейкоцитов между собой. Тип α –цепи не так важен для функционирования активности.Известно около 10 типов
α-субъединиц и около 15 типов β- субъединиц. По размеру β-цепи значительно меньше чем α –цепи. В обоих
типов субъединиц выделяют 3 домена:внеклеточный,мембранный,внутриклеточный.
Внутриклеточные домены участвуют в фиксаций цитоскелета(актиновые филаменты)-структурная
функция.Связь осущес-ся с помощью винкулина,актина,талина.
Внеклеточные домены ответственны за узнавание спец-х лигандов и адгезию с ними. В лигандах характерно
наличие последовательности Арг-Гли-Асп,узнаваемая интегринами 2.Эта последовательность присутствует АО
всех адгезивных белках крови, белках α –крови тромбоцитов.Большинство интегрированных рецепторов может
связываться с несколькими лигандами. Например:
1) Интегрин α2 и β1 связ-ся с ламинином и коллагенами I и IV типов;
2) Интегрин α3 и β1-с фибронектином,ламенином и коллагеном I;
3) Интегрин α5 и β1 только с фибронектином;
4)Интегрин α6 и β1-с ламинином;
Имеется 3 семейства интегринов ; первое семейство включает рецептор фибронектина (фибробласты) и еще 5
других белков; второе- включает рецептор тромбоцитов IIбета/IIIальфа, связывающий некоторые компоненты
матрикса, в том числе и фибриноген ;третье семейство - это интегрины на поверхности лейкоцитов ( LFA-1 ,
Mac-1 ).
2. Селектины: особенности строения, функции.
Тканевые лектины, обладающие сродством к концевым остаткам маннозы и фукозы – получили название
селектины. Селектины являются трансмембранными гликопротеинами и состоят из единственной полипептидной
цепи. Селектины связываются с олигосахарами и, таким образом, могут рассматриваться как тип лектинов.
Существует три варианта селектинов: Р (от Platelet -тромбоцитарный), Е (от Endothelial - эндотелиальный) и L (от
Lymphocyte - лимфоцитарный). Они имеют однотипное строение. В их состав входит 3 домена: наружный —
собственно лектиновый, промежуточный — подобный эпидермальному фактору роста, и несколько коротких
согласительных (consensus) повторов, прилегающих к мембране, — доменов контроля комплемента. Рецепторами
L-селектинов служат вещества, называемые адрессинами — PNAd (Peripheral lymph node adressin). По
химической природе адрессины относят к муцинам. Основные рецепторы L-селектина: молекула CD34,
подокаликсин, эндогликан и GlyCAM-1 (экспрессированы на эндотелиоцитах). После активации эндотелиоцитов
цитокинами CD34 и подогликан приобретают способность связываться с L-селектином. Р-селектин опосредует
транзиторную, обратимую адгезию лейкоцитов к гистамин- или тромбин активированному эндотелию в
кооперации с фактором активации тромбоцитов (ФАТ), обусловливая феномен «катящихся» лейкоцитов.
Опосредованный L-селектином контакт между лейкоцитом и эндотелиальной клеткой неустойчив. Это
проявляется в перекатывании лейкоцитов вдоль сосудистой стенки — качение, или роллинг {rolling). Именно с
качения начинается процесс эмиграции лейкоцитов из сосудистого русла.
Е-селектин играет роль в иммуноадгезии. Опосредует прикрепление нейтрофилов крови к воспаленному
эндотелию. Как правило находится в незначительном количестве на покоящихся эндотелиальных
клетках сосудов. Однако, при стимуляции эндотелия, например цитокинами (в первую очередь интерлейкином
1 или фактором некроза опухоли) или некоторыми продуктами бактериального распада, активирующими фактор
транскрипции NF-kB, вырабатывается в больших количествах и экспрессируется на клеточной поверхности. Еселектин служит клеточным рецептором к сиалированным углеводам на поверхности нейтрофилов, так
называемым сиалил-льюиx (или CD15), особым тетрасахаридам, находящимся на гликозилированных белках
лейкоцитов и многих других клеток.
Селектины играют роль в процессе трансмиграции лейкоцитов в участок повреждения при воспалительной
реакции. P-селектин локализуется в особых гранулах — «тельцах Вейбеля—Паладе» эндотелиальных клеток и
секретируется на поверхность клетки в течение минут после клеточной активации. E-селектин синтезируется
клетками под действием таких цитокинов как фактор некроза опухоли или интерлейкин 1β. Основным и
наиболее изученным лигандом селектинов является белок лейкоцитов PSGL-1 („гликопротеиновый лиганд Pселектина 1“).
3. Межклеточные контакты, роль мембран в межклеточных контактах.
Межклеточные контакты – специализированные клеточные стр-ры, скрепляющие клетки для формирования
тканей, создающие барьеры проницаемости и служащие для межклеточной коммуникации.
Межклеточные соед-ния возникают в местах соприкосновения кл-к в тканях и служат для межклеточного
транспорта в-в и передачи сигналов (межклеточное взаимодействие), а также для механического скрепления кл-к
друг с другом.
Через щелевые контакты могут передаваться электрические сигналы. Клетки органов и тканей вырабатывают ряд
хим-х в-в, действующих на другие клетки (в том числе через межклеточные контакты) и вызывающих изм-ния в
работе цитоскелета, в интенсивности обмена в-в и процессе синтеза клеткой белков.
Кл-ция межклеточных контактов:
1. контакты простого типа
2. контакты сцепляющего типа
3. контакты запирающего типа
4. контакты коммуникационного типа
1. При простом межклеточном соед-нии оболочки кл-к сближены на расстояние 15 – 20 нм. Это соед-ние
занимает наиболее обширные участки соприкасающихся кл-к. Посредством простых соед-ний осущ-ся слабая
механическая связь, не препятствующая транспорту в-в в межклеточных пространствах. Разновидностью
простого соед-ния яв-ся контакт типа «замок», когда билипидные мембраны соседних кл-к вместе с участком
цитоплазмы вдавливаются друг в друга, чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная
механическая связь.
2. Контакты сцепляющего типа бывают 2 видов:
1) Десмосома. Десмосомой наз-ся образованное кл-ми соед-ние, прочно склеивающее клетки. Если они обр-ся
между кл-ми и внеклеточным матриксом, то они наз-ся полудесмосомами. Десмосома представляет собой
небольшое округлое образование диаметром до 0,5 мкм. Их функциональная роль заключается в механической
связи м\у кл-ми. Кол-во десмосом на одной клетке может достигать 2000. Такие контакты встречаются м\у кл-ми,
которые могут подвергаться трению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки
сердечной мышцы).
В десмосомах всех кл. типов присутствуют следующие белки – планоглобин, десмоплантин, десмоглеины,
десмоколлины.
2) Адгезивный поясок. В обр-нии адгезивного пояска уч-ют белковые молекулы – винкулин, актиновые
фибриллы, катенин.
3. В плотном соед-нии клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние.
Роль плотного соед-ния заключается в механическом сцеплении кл-к и препятствии транспорту в-в по
межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает
межклеточные щели от внешней среды. Плотные соед-ния обычно обр-ся между эпителиальными кл-ми в тех
органах (желудке, кишечнике и пр.), где эпителий ограничивает содержимое этих органов (желудочный сок,
кишечный сок). В этих участках плотные контакты охватывают по периметру каждую клетку, межмембранные
пространства отсутствуют, а соседние клеточные оболочки слиты в одну. Если же плотное сцепление происходит
на ограниченном участке, то обр-ся пятно слипания (десмосома).
4. Контакты коммуникационного типа – некусы и синапсы.
Нексус представляет собой ограниченный участок контакта двух клеточных мембран диаметром 0,5 – 3 мкм с
расстоянием между мембранами 2-3 нм. Обе эти мембраны пронизаны белковыми молекулами коннексонами,
содержащими гидрофильные каналы. Через эти каналы осущ-ся обмен ионами и микромолекулами соседних кл-
к. Поэтому нексусы наз-ют также проводящими соед-ми. Их функциональная роль заключается в переносе ионов
и мелких молекул от кл-ки к клетке, минуя межклеточное пространство. Этот тип соед-ния встречается во всех
группах тканей.
Синапсы яв-ся особыми формами межклеточных соед-ний. Они характерны для нервной ткани и встречаются
м\у нейронами (межнейронные синапсы) или м\у нейроном и клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и
пр.). Синапсы – участки контакта двух кл\к, специализированных для односторонней передачи возбуждения или
торможения от одной клетки к другой. Их ф-ция –передача нервного импульса с нейрона на другую нервную
клетку или клетку-мишень.
4. Пиноцитоз. Разновидности, биологическое значение
Пиноцитоз- захват клеточной поверхностью и поглощение клеткой жидкости. При птноцитозе поглощаемая
капля жидкости окружается плазматич. мембраной, к-рая смыкается над образовавшимся пузырьком (диам. от
0,07 до 2 мкм), погружённым в клетку. Пиноцитоз— один из осн. механизмов проникновения веществ
(макромолекул белков, липидов, гликопротеидов) в клетку (прямой П., или эндоцитоз) и выделения их из клетки
(обратный П., или экзоцитоз). В одних случаях пиноцитозные пузырьки перемещаются в клетке с одной её
поверхности (напр., наружной) к другой (напр., внутренней) и их содержимое выделяется в окружающую среду,
в других — они остаются в цитоплазме и вскоре их содержимое сливается с лизосомами, подвергаясь
воздействию их ферментов. Активный П. наблюдается у амёб, в эпителиальных клетках кишечника и почечных
канальцев, в эндотелии сосудов, растущих ооцитах и др. Пиноцитоз может быть жидкофазным и
адсорбционным. В первом случае поглощаются растворимые макро- и микромолекулы, жидкая среда; во втором
— макромолекулы и малые частицы (кислые белки, ферритин, липопротеины, лектины, антитела, вирионы,
коллоидные частицы, иммунные комплексы). В первом случае процесс не зависит от температуры и линейно
зависит от концентрации поглощаемых соединений; во втором — он чувствителен к температуре, захват веществ
происходит с насыщением. В первом случае растворимые вещества не адсорбируются плазмалеммой, во втором
— процесс более специфичен:
сначала происходит адсорбция вещества, затем непосредственно пиноцитоз. Длительность пиноцитоза зависит от
типа клеток и характера субстрата. Многие клетки (макрофаги, фибробласты, клетки эпителия, почек,
семявыносящих протоков и др.) в случае жидкофазного пиноцитоза образуют пиносомы постоянно, в течение
длительного времени, хотя и с различной скоростью.
5. Эндоцитоз. Разновидности эндоцитоза. Биологическое значение. Трансформация эндоцитозного
материала.
Эндоцитоз — универсальное явление, характерное для любых клеток. Наиболее выраженно эндоцитоз
проявляется в клетках простейших, в клетках печени, мозга (чаще всего глии), эпителия, форменных элементов
крови, макрофагов, в клетках злокачественных опухолей, в эмбриональных клетках и в меньшей степени —
миоцитов. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает, обволакивает внеклеточный
материал, который таким образом попадает внутрь клетки. Сначала этот материал заключается в везикулу —
сфероидную органеллу, образованную из фрагментов плазмалеммы; внутри клетки содержимое везикулы
постепенно трансформируется. Благодаря постоянно осуществляющемуся эндоцитозу происходит обновление
клеточной мембраны. Эндоцитоз — это борьба с инфекцией; это поддержание клеточного гомеостаза путем
захвата питательных веществ; это ограничение времени действия сигнальной информации (гормонов,
медиаторов, иммунных стимулов). Существует три варианта эндоцитоза (термин предложен в 1963 г.):
фагоцитоз, пиноцитоз и специфический эндоцитоз. Первые два явления (исходя из свойств захватываемого
материала) могут быть названы неспецифическим эндоци- тозом. Неспецифичность фагоцитоза и пиноцитоза
наглядно проявляется в поглощении клеткой не нужных ей веществ (например, частичек сажи) или вредных
веществ (красителей). Механизмы фагоцитоза и пиноцитоза во многом сходны и различаются по объему и массе
захватываемого материала. Видимо, любой участок плазмалеммы участвует в неспецифическом эндоцитозе.
Проникновение в клетку частиц, биополимеров, макромолекул включает три основных этапа: эндоцитоз;
трансформацию захваченного материала (разложение субстратов до низкомолекулярных фрагментов); удаление
неперевариваемых остатков за пределы клетки (секреция). Сам процесс эндоцитоза имеет четыре фазы: 1)
адсорбция захватываемого материала плазма- леммой; 2) волнообразные движения (ундуляция) мембраны,
инвагинация участка плазмалеммы в зоне контакта; 3) везику- ляризация, т. е. слипание и слияние
контактирующих мембран вследствие прямой (углубление) или обратной (впячиванне) инвагинации с
образованием эндоцитозного пузырька — эндосомы (фагосомы или пиносомы); 4) отрыв везикулы от мембраны.
Последние три фазы называют интернализацией. В процессе трансформации захваченного материала особую
роль играет система: аппарат Гольджи — эндоплазматический рети- кулум (ЭПР)—лизосомы, именуемая
системой ГЭРЛ. Аппарат Гольджи и частично цистерны ЭПР в ходе везикуляризации поставляют клетке набор
везикул с различными свойствами. Для большинства клеток механизм утилизации эндоцитозно го материала в
принципе универсален, хотя и может отличаться в деталях. Транспорт эндосом от плазмалеммы к центру клетки,
где происходит их трансформация, протекает быстро, в течение короткого времени. Образовавшиеся эндосомы
как в случае фагоцитоза, так и пиноцитоза, сливаясь друг с другом или с некоторыми лизосомами, преобразуются
в эндоцитозные вакуоли. В эндосомах и вакуолях начинается первичное разложение захваченного материала.
6. Облегченная диффузия. Транслоказы, механизм действия. Привести примеры.
Облегченная диффузия - транспорт с помощью специальных транспортных белков, каждая из которых отвечает
за транспорт определенных молекул……. Они связаны с молекулами переносимого в-ва и каким либо способом
перемещают ее сквозь мембрану и облегченной диффузии вещества переносятся через мембрану также по
градиенту концентрации, но с помощью специальных трансмембранных белков-переносчиков (транслоказ).
Белок-переносчик имеет центр связывания, комплементарный переносимому веществу, поэтому для облегченной
диффузии, в отличие от простой, характерна высокая избирательность: для каждого вещества или группы
сходных веществ имеется свой переносчик.Переносимое вещество присоединяется к транслоказе, в результате
чего изменяется ее конформация, в мембране открывается канал, и вещество освобождается с другой стороны
мембраны. Поскольку в канале нет гидрофобного препятствия, то этот механизм называют облегченной
диффузией.Перенос ионов через ионные каналы представляет собой вариант облегченной диффузии. Для
ионизированных атомов и молекул гидрофобный слой мембраны трудно преодолим. Трансмембранный перенос
ряда ионов (Са2+, Na+, К+, О") происходит через ионные каналы. Ионные каналы представляют собой
олигомерные белковые структуры, пронизывающие мембрану от наружной до внутренней поверхности и
образующие трансмембранный гидрофильный (заполненный водой) канал, проходимый для определенных ионов
(рис. 7.13, в). Избирательность каналов к ионам определяется наличием в белках канала специфического центра
связывания иона. Проницаемость таких каналов в большинстве случаев регулируется: они могут быть или
закрыты, или открыты (см. ниже). Сигналом для изменения состояния канала может быть гормон или иная
сигнальная молекула, для которой данный канал имеет центр связывания. Есть каналы, реагирующие на
изменение трансмембранного потенциала. Перемещение ионов по каналам происходит путем диффузии по
градиенту их концентрации. Ионы имеют электрический заряд, поэтому образование разности концентраций
ионов по разным сторонам мембраны одновременно означает и образование разности электрического заряда,
который тоже влияет на направление переноса ионов. Разность электрического потенциала и разность
концентраций вместе называют электрохимическим потенциалом. Следовательно, ионы перемещаются через
ионные каналы по градиенту мембранного электрохимического потенциала. Направленные потоки веществ
путем простой и облегченной диффузии в живой клетке никогда не прекращаются, поскольку выравнивание
концентраций никогда не достигается: вещества, поступающие в клетку, например кислород, глюкоза,
используются в метаболических процессах, а их убыль постоянно восполняется в результате трансмембранного
переноса. Перенос веществ путем простой и облегченной диффузии называют пассивным транспортом,
поскольку перенос происходит по градиенту концентрации.
7.Экзоцитоз. Разновидности экзоцитоза, механизм. Биологическое значение
Каждая клетка потенциально является или гормональной, или секреторной. Клетки секретируют
вещества главным образом путем экзоцитоза, т. е. путем слипания и слияния с плазмалеммой
везикул (гранул), содержащих секретируемые вещества в высо кой концентрации. В результате
везикулы сливаются с плазмалеммой, а во внеклеточную среду секретируются вещества. оцитоз
содержимого без выброса самих секреторных гранул можно представить как обратный эндоцитоз.
Клетки освобождаются от ненужных, токсических, непереваривающихся продуктов либо
высвобождают вещества, необходимые сообще ству клеток, различным клеткам -мишеням. Именно в
последнем случае клетки называют секреторными. Клетки могут секретировать вещества путем
экзоцитоза, при этом секретируется только содержимое секреторных гранул. Это мерокриновый
(основной) тип секреции, при этом клетка теря ет небольшую часть своего общего содержимого.
Редкий вариант такого рода секреции — секреция веществ вместе с грану лами, при этом
секретируется сложная гранула с двойной мем браной (например, секреция карбоангидразы
пищеварительными железами или секреция токсических, непереваривающихся веществ разными
клетками). Опухолевые клетки способны секретировать во внеклеточную среду гибнущие
лимфоидные нуклеосомы. Гепатоциты путем экзоцитоза секретируют альбумин, гликопротеины и
липопротеины очень низкой плотности, но ка ким образом секретируется желчь, неясно, может быть ,
через особые канальцы. Механизмы экзоцитоза в целом одинаковы. Медиаторы в отличие от гормонов
секретируются в высокоспециализированном районе экзоцитоза и действуют на клетки-мишени на очень
коротком расстоянии. Некоторые нейромедиаторы могут выполнять функции нейрогормона. Например,
норадреналин, секретируемый нервными окончаниями (варикозами) гипоталамических адренергических
нейронов, которые ничего не иннервируют, выступает как нейрогормон. В то же время норадре- налин,
секретируемый варикозами этого же нейрона, обеспечивающими иннервацию другого нейрона, выполняет
функцию нейромедиатора. Экзоцитоз важен в процессе оплодотворения клеток. Сперматозоиды содержат
особые секреторные гранулы — акросомы. Они располагаются над ядром в переднем конце сперматозоида .в
ожидании контакта с оболочками яйца. В момент оплодотворения акросома сливается с плазмалеммой
сперматозоида, при этом секретируются пищеварительные ферменты, которые разрушают оболочки яйцеклетки,
помогая сперматозоиду добраться до плазмалеммы яйцеклетки. Экзоцитоз необходим для внеклеточного
пищеварения. Так, гетеротрофные бактерии и грибы секретируют пищеварительные ферменты в окружающую
примембранную среду и затем усваивают продукты распада. Это свойство дрожжей используется в
биотехнологии.
8. Первичный активный транспорт веществ. Роль первично-активного транспорта. Примеры.
Первичный а.т происходит за счёт энергии, образующейся при гидролизе АТФ или других энергетических
фосфатов. Прототипом активного транспорта считают Na/K насос. Он состоит из двух α-субъединиц, которые
образуют основной транспортный белок, и двух добавочных b-субъединиц. Цитоплазматическая сторона αсубъединицы связывает одну молекулу АТФ и 3 иона внутриклеточного Na+, которые затем обменивает на 2
иона внеклеточного K+. Na/К–насос называют электрогенным механизмом обмена, поскольку обмен трех
внутриклеточных ионов Na+ на два внеклеточных иона K+ изменяет суммарный внутриклеточный заряд на -1.
Особое значение первично активного транспорта в том, что с его помощью растворенные вещества могут
перемещаться против электрохимического градиента. Энергию, необходимую для этого вида транспорта,
предоставляет АТФ, гидролиз молекулы, которой, обеспечивается связанной с мембраной АТФ-азой. Фермент
АТФ-аза является также составной частью транспортной системы, присоединяющей и перемещающей
растворенные вещества через мембрану. Известные первично активные системы переноса веществ включают
следующие АТФ-азы: натрий-калиевую, переносящую ионы водорода, водородно-калиевую и кальциевую.
Ярким примером работы системы первично активного транспорта является процесс реабсорбции натрия через
мембрану проксимального извитого канальца. Она расположена на боковых поверхностях эпителиальных клеток
ближе к базальной мембране и представляет собой мощный Nа+/К+-насос. Его АТФ-аза снабжает систему
энергией, высвобождаемой с гидролизом АТФ и используемой для переноса ионов Na+ из клетки в
межклеточное пространство. В это же время калий из межклеточной жидкости переносится в клетку.
Деятельность этого ионного насоса направлена на поддержание в клетке высокой концентрации калия и низкой
— натрия.
9.Nа,К-АТФаза, Структура свойства, функция, механизм действия в составе биологических мембран.
Na/K-АТФаза - фермент клеточной мембраны животных тканей, который избирательно выкачивает из клетки
ионы натрия и аккумулирует в ней ионы калия, используя для этой работы энергию АТФ. Создаваемая
ферментом разница концентраций одновалентных катионов используется для протекания ключевых реакций
жизнедеятельности - генерации возбуждения, водно-солевого обмена, а также для регуляции клеточного
метаболизма.
Ионный состав клеток (до тех пор, пока они проявляют свойства живого) отличается от ионного состава
окружающей среды. Наиболее существенным отличием является асимметричное распределение одновалентных
ионов натрия и калия: клетки активно накапливают калий и выбрасывают в окружающую среду натрий. Так
создается разность концентраций одновалентных катионов на клеточной мембране.
В плазматических мембранах клеток различных органов обнаружены системы активного транспорта ионов
натрия и калия — натриевый насос. Эта система перекачивает натрий из клетки и калий в клетку (антипорт)
против их электрохимических градиентов. Перенос ионов осуществляется основным компонентом натриевого
насоса — Na+, К+-зависимой АТФ-азой за счет гидролиза АТФ.
Активный транспорт ионов против их конц-го градиента зависит от наличия в клетке АТФ.
Функциональная единица фермента состоит из двух полипептидных цепей: большей (альфа-субъединицы) и
меньшей (бета-субъединицы), входящих в состав ферментного комплекса в соотношении 1 : 1. Меньшая
субъединица пересекает мембрану только один раз, в то время как большая - много раз, образуя несколько
петель, при этом оба конца пептидной цепи обращены в цитоплазму. Активный центр фермента обращен в
цитоплазму и доступен для цитоплазматического АТФ. Центры связывания переносимых ионов локализованы в
петле между второй и третьей спиралями, прониз-ми мембрану. Таким образом, альфа-субъединица может
выполнять функцию насоса независимо от бета-субъединицы. Однако оба полипептида образуют компактную
глобулу, насквозь пронизывающую мембрану.
Специфическим механизмом распознавания ионов калия и натрия обладает и Na / K-АТФаза. Впервые этот
фермент был обнаружен Йенсом Христианом Скоу в 1957 году. За несколько лет до этого (в 1953 году) Г.
Шатцман описал эффект группы соединений, называемых сердечными гликозидами, заключающийся в
подавлении АТФ-зависимого переноса ионов натрия и калия через мембрану эритроцитов. Автор показал, что в
результате выдерживания клеток в среде с этими соединениями разница в концентрации соответствующих
одновалентных катионов по обе стороны мембраны уменьшается. Он предположил, что это происходит
вследствие подавления активного транспорта катионов, который в присутствии гликозидов переставал
компенсировать их пассивную утечку. Наиболее эффективным представителем этой группы гликозидов являлся
строфантин G (уабаин)
Активность Na / K-АТФазы в клетке регулируется многими факторами. На первом месте стоят соотношение Na /
K и доступность ATФ - это факторы так называемой краткосрочной регуляции активности. Содержание ATФ в
клетке, как правило, мало изменяется в нормальных условиях, хотя может резко снижаться при патологических
нарушениях. В таком случае снижение уровня ATФ будет критическим для поддержания достаточной активности
Na / K-насоса. Соотношение Na / K в клетках зависит от многих факторов и, в свою очередь, является фактором,
регулирующим функционирование Na / K-насоса.
В клетке Na / K-ATФаза подвергается фосфорилированию рядом протеинкиназ (ферментов, которые переносят
терминальный фосфат ATФ на белки-мишени и тем самым модифицируют их активность). Установлено, что в
молекуле Na / K-ATФазы протеинкиназы могут фосфорилировать остатки треонина или серина. Эти
фосфорилирующиеся участки расположены вне активного центра; функциональное значение данного явления
окончательно не установлено. По некоторым наблюдениям, фосфорилирование Na / K-ATФазы протеинкиназами
уменьшает ее активность. Если эти данные подтвердятся, рассматриваемый пример можно будет считать
иллюстрацией долгосрочной регуляции активности. Восстановить свою активность после атаки протеинкиназ Na
/ K-АТФаза может при помощи других регуляторных ферментов - фосфатаз, которые обеспечивают
дефосфорилирование белков. К долгосрочным механизмам можно отнести и гормональную регуляцию синтеза
Na / K-АТФазы, осуществляющуюся на уровне генетического аппарата (например, активацию синтеза фермента
гормоном, регулирующим минеральный обмен, - альдостероном).
10. Вторичный активный транспорт веществ. Роль вторичного-активного транспорта. Примеры.
Вторичный активный транспорт происходит за счет энергии, создаваемой при помощи первичного активного
транспорта из-за неодинаковой конц ионов по разные стороны мембраны. Помимо ионных насосов,известны
сходные системы, в которых накопление веществ сопряжено не с гидролизом АТФ, а с работой окислительновосстановительных ферментов или фотосинтезом. Транспорт веществ в этом случае является вторичным,
опосредованным мембранным потенциалом и/или градиентом концентрации ионов при наличии в мембране
специфических переносчиков. Такой механизм переноса получил название вторичного активного транспорта.
Наиболее детально этот механизм рассмотрен Питером Митчелом (1966 год) в хемиосмотической теории
окислительного фосфорилирования . В плазматических и субклеточных мембранах живых клеток возможно
одновременное функционирование первичного и вторичного активного транспорта. Примером может служить
внутренняя мембрана митохондрий. Ингибирование АТФазы в ней не лишает частицу способности накапливать
вещества за счет вторичного активного транспорта. Такой способ накопления особенно важен для тех
метаболитов, насосы для которых отсутствуют (сахара, аминокислоты).
В настоящее время достаточно глубоко исследованы три схемы вторичного активного транспорта. Для простоты
рассмотрен транспорт одновалентных ионов с участием молекул-переносчиков. При этом подразумевается, что
переносчик в нагруженном или ненагруженном состоянии одинаково хорошо пересекает мембрану. Источником
энергии служит мембранный потенциал и/или градиент концентрации одного из ионов. Однонаправленный
перенос иона в комплексе со специфическим переносчиком получил название унипорта. При этом через
мембрану переносится заряд либо комплексом, если молекула переносчика электронейтральна, либо пустым
переносчиком, если перенос обеспечивается заряженным переносчиком. Результатом переноса будет накопление
ионов за счет снижения мембранного потенциала. Такой эффект наблюдается при накоплении ионов калия в
присутствии валиномицина в энергизованных митохондриях.
Встречный перенос ионов с участием одноместной молекулы-переносчика получил название антипорта.
Предполагается при этом, что молекула-переносчик образует прочный комплекс с каждым из переносимых
ионов. Перенос осуществляется в два этапа: сначала один ион пересекает мембрану слева направо, затем второй
ион - в обратном направлении. Мембранный потенциал при этом не меняется. Что же является движущей силой
этого процесса? Очевидно, разность концентраций одного из переносимых ионов. Если исходно разность
концентрации второго иона отсутствовала, то результатом переноса станет накопление второго иона за счет
уменьшения разности концентраций первого. Классическим примером антипорта служит перенос через
клеточную мембрану ионов калия и водорода с участием молекулы антибиотика нигерицина.
Совместный однонаправленный перенос ионов с участием двухместного переносчика называется симпортом.
Предполагается, что в мембране могут находиться две электронейтральные частицы: переносчик в комплексе с
катионом и анионом и пустой переносчик. Поскольку мембранный потенциал в такой схеме переноса не
изменяется, то причиной переноса может быть разность концентраций одного из ионов. Считается, что по схеме
симпорта осуществляется накопление клетками аминокислот. Калий-натриевый насос создает начальный
градиент концентрации ионов натрия, которые затем по схеме симпорта способствуют накоплению аминокислот.
Из схемы симпорта следует, что этот процесс должен сопровождаться значительным смещением осмотического
равновесия, поскольку в одном цикле через мембрану переносятся две частицы в одном направлени.
Примером симпорта может быть транспорт глюкозы или аминокислот вместе с Na +. Белок-переносчик имеет два
участка для связывания Na + и для связывания глюкозы или аминокислоты. Идентифицированы пять отдельных
белков для связывания пяти типов аминокислот. Известны и другие виды симпорта - транспорт N + вместе с в
клетку,
К
+
и
Сl-из
клетки
и
др..
Почти во всех клетках существует механизм антипорта - Na + переходит в клетку, а Са2 + выходит из нее, или
Na+ - в клетку, а Н+ - из нее.
11. Антибиотики как переносчики ионов. Привести примеры.
Ионофоры-вещества, способные увеличивать проницаемость мембран для ионов, без участия специальных
рецепторов. Это гидрофобные вещества, образ. с катионами жирораст. Коплексы, способные проходить через
мембрану путем диффузии. Термин предложил в 1967 г.-Прессман.
Известно несколько групп ионофоров: 1) Переносчики одновалентных катионов; 2) Обмен переносчики
одновалентных ионов; 3) Жирорастворимые слабые кислоты – протонофоры.
Переносчики двухвалентных катионов: А 23187; Х 537А.
По транспортной способности делятся на 2 группы: 1) Подвижные переносчики; 2) Каналообразующие.
Подвижные переносчики: Валиномицин(препятствует окислительному фосфорилированию в митохондриях
путем повышения их проницаемости для К+: в присутствии валиномицина митохондрии используют энергию,
генерируемую при транспорте электронов, не на синтез АТР,а на накопление К+).
энниатины А и В,
монактины , моненсин , нигерицин,нонактин.
По химической природе представляют собой замкнутые цепи, состоят из мономеров из разной природы.
Антибиотики- каналообразователи.
К образованию каналов способны антибиотики 3 групп:
Грамицидины, аламетицин,амфотерин В, полиеновые антибиотики.
Общие свойства: 1) амфифильны,2) имеют достаточную длину, чтобы пронизывать мембрану насквозь.
3)полярные группы.
12. Ионные каналы. Особенности строения, свойства, функциональное состояние ионных каналов.
Ионные каналы (ИК) - это мембранные молекулярные структуры, образованные интегральными
(трансмембранными) белками, пронизывающими клеточную мембрану поперёк в виде нескольких петель
и образующими в мембране сквозной канал (пору). Канальные белки состоят из субъединиц, образующих
структуру со сложной пространственной конфигурацией, в которой кроме поры обычно имеются
дополнительные молекулярные системы: открытия, закрытия, избирательности, инактивации, рецепции
и регуляции. ИК могут иметь не один, а несколько участков (сайтов) для связывания с управляющими
веществами (лигандами). Ионные каналы можно рассматривать как тракнспортный механизм,
обеспечивающий перемещение ионов между цитоплазмной клетки и наружной средой.
Свойства ИК
1)Селективность - это избирательная повышенная проницаемость ИК для определённых ионов. 2)Управляемая
проницаемость - это способность ИК открываться или закрываться при определённых управляющих
воздействиях на канал.
3)Инактивация - это способность ИК через некоторое время после своего открытия автоматически понижать
свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать.
4)Блокировка - это способность ИК под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё
состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия.
5)Пластичность - это способность ИК изменять свои свойства, свои характеристики.
Функции ИК
Главная функция ИК - обеспечивать управляемое перемещение ионов через мембрану.
В
зависимости
от
проходящих
через
них
ионов
ИК
подразделяют
на
натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, протонные (водородные).
Функции ИК:
1. Регуляция водного обмена клетки: объём и тургор.
2. Регуляция pH: закисление и защелачивание.
3. Регуляция ионного обмена (обмен солей): изменение внутриклеточного ионного состава и концентрации.
4. Создание и изменение мембранных потенциалов: потенциал покоя; в возбудимых клетках - локальные
потенциалы, потенциал действия.
5. Проведение возбуждения в возбудимых клетках: обеспечение движения нервных импульсов.
6. Трансдукция в сенсорных рецепторах: преобразование раздражения (стимула) в возбуждение.
7. Управление активностью клетки: за счёт обеспечения потоков вторичного мессенджера - Са2+.
Функциональные состояния ИК
1. Открытое. Канал открыт и через него происходит перемещение ионов.
2. Закрытое. Канал закрыт и ионы не проходят через него.
3. Активированное. Канал может выполнять свои функции, т.е. открываться и закрываться под действием его
регуляторов (управляющих веществ или электрических потенциалов).
4. Инактивированное. Канал не может выполнять свои функции, т.е. открываться и закрываться, он
"фиксируется" в каком-то одном состоянии.
5. Блокированное. Канал перекрыт, инактивирован веществом-антагонистом (блокатором), занявшем место
управляющего вещества.
6. Модулированное (фосфорилированное). Канал изменяет свои обычные свойства под действием
фосфорилирования - присоединения к какому-то его участку фосфатного остатка.
Структурно-функциональные нарушения ИК
Каналопатии - это группа врождённых заболеваний, вызванных нарушениями в работе ИК. Каждая каналопатия
обусловлена патологией соответствующих ИК. В основе патологии лежит либо мутация генов, кодирующих
строение белков-каналоформеров, либо производство аутоантител, агрессивных по отношению к собственным
ИК.