Облегченная диффузия. Транспорт сахаров и аминокислот через мембрану

Свободная диффузия

Вещества, перемещающиеся через мембрану путём свободной диффузии, не образуют каких-либо химических связей с другими веществами.

Для количественной характеристики диффузии используют физическую величину - поток вещества (J):

J = dn/dt · 1/S

где n - количество вещества в молях, перемещающихся посредством диффузии через поверхность S, перпендикулярную потоку вещества, за единицу времени.

Первый закон Фика указывает, что поток вещества, перемещаемого путём диффузии, пропорционален движущей силе диффузии - градиенту концентрации вещества:

J = - D · dC/dx

Отрицательный знак означает, что поток направлен из области высокой концентрации вещества в область с более его низкой концентрацией, в результате чего градиент концентрации уменьшается. D - коэффициент диффузии, который зависит от природы вещества и температуры:

D = U·R·T

где U - подвижность частиц вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура.
При диффузии вещества через мембрану, поток вещества можно представить как

J = -P · (C₁ - C₂),
где C₁ и C₂ - концентрация раствора внутри и вне клетки, P - коэффициент проницаемости мембраны для данного вещества. Коэффициент проницаемости определяется коэффициентом диффузии D вещества, толщиной мембраны d и коэффициентом распределения вещества K, зависящим от растворимости вещества в органических растворителях, но не воде.

P = Dk/d

В силу особенностей строения мембрана хорошо проницаема для липидорастворимых веществ. Такие вещества как сахара, аминокислоты не способны проникать через биологическую мембрану посредством свободной диффузии.
Проницаемость мембраны зависит также от размера молекул. Мелкие молекулы могут проникать через мембрану путём свободной диффузии. Например, вода не растворима в липидах и органических растворителях. Предполагают, что она проникает в мембрану через временные структурные дефекты, формирующихся при тепловых колебаниях хвостиков из жирных кислот. Эти дефекты (кинки) позволяют перемещаться через мембрану не только молекулам воды, но также другим небольшим гидрофильным молекулам (кислород, углекислый газ).

Транспорт веществ через мембрану, в котором используются транспортные молекулы, называются облегчённой диффузией. Транспортируемое вещество перемещается по градиенту концентрации. Посредством облегченной диффузии аминокислоты и сахара перемещаются через мембрану с помощью специальных переносчиков. Мембранные переносчики представляют собой интегральные белки, которые имеют центры связывания транспортируемых молекул. Транспортируемая молекула проходит через мембрану благодаря изменению конформации белка-переносчика при химическом взаимодействии центров связывания обеих молекул.

Облегченная диффузия обладает определенными особенностями:

1. Высокая специфичность. (Переносчики мембраны могут узнавать даже оптические изомеры одного и того же вещества.)

2. Феномен насыщения

Поток вещества, транспортируемого путём облегченной диффузии, растёт в зависимости от концентрации вещества только до определенной величины. Затем возрастание потока прекращается, поскольку транспортная система полностью занята. Таким образом, действие транспортной системы подобное катализу ферментами, однако переносчик не ускоряет химическую реакцию, а перемещает вещество через мембрану.

Существуют некоторые системы переносчиков, которые способны транспортировать более одного вещества. Процесс называется симпортом (или котранспортом), если вещества перемещаются в одном и том же направлении, и антипортом (встречным транспортом), если направления перемещения веществ противоположны. Примером облегченной диффузии является действие системы транспорта глюкозы через мембраны эритроцитов и мышечных клеток. Другой пример - антипорт бикарбоната и ионов гидроксила в плазматической мембране эритроцитов.

Дата добавления: 2014-01-05