Транспорт химических веществ в биологических мембранах

имеет толщину около 7-10нм и видима только посредством электронного микроскопа. В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружней среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т.п.)

электрохимических градиентов с использованием энергии метаболизма)
1) Первично-активный транспорт. 2) Вторично-активный транспорт.
3) Экзоцитоз и эндоцитоз
Пассивный транспорт (основаны на принципе диффузии)
Виды диффузии в плазматической мембране:
1) Свободная диффузия. 2) Облегченная диффузия неэлектролитов. 3) Электродиффузия (облегченная диффузия ионов).

химических связей с другими веществами.  
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 J = - D · dC/dx
D = U·R·T
где D - коэффициентом диффузии, U - подвижность частиц вещества,
R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура.  
Диффузия через мембрану
(в случае cтационарного потока dc/dx=const)
J = -P · (C1 - C2)
P = Dk/d
где C1 и C2 - концентрация раствора внутри и вне клетки, P - коэффициент проницаемости мембраны для данного вещества. d -толщина мембрана, K – коэффициент распределения вещества K, зависящий от растворимости вещества в органических растворителях, но не воде.

Рис.1. Схема свободной диффузии

вещество перемещается по градиенту концентрации.
Облегченная диффузия происходит при участии молекул – переносчиков.
Отличительные особенности от свободной диффузии:
-высокая специфичность
-феномен насыщения
Системы переносчиков, транспортирующие более одного вещества
 -симпорт (котранспорт)
-антипорт
Примеры: 
-Действие системы транспорта глюкозы через мембраны эритроцитов и мышечных клеток.
-Антипорт бикарбоната и ионов гидроксила в плазматической мембране эритроцитов.

Михаэлиса и равна концентрации S при js = jmax/2,
js- плотность потока,
(S) – субстрат, переносимое вещество
Отличия облегченной диффузии от простой:
1) облегченная диффузия обладает свойством насыщения (рис. 3)
2) перенос вещества с участием переносчика проходит значительно быстрее;
3) при облегченной диффузии наблюдается конкуренция переносимых веществ в тех случаях, когда переносчик несет разные вещества; при этом одни вещества переносятся лучше, чем другие, и добавление одних веществ затрудняет транспорт других.
4) есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчика

Рис.2. Схема облегченной диффузии: 1 – с подвижным переносчиком; 2 – с фиксированным переносчиком. А – переносимое вещество; Х – подвижный переносчик; Х1– Х5 – фиксированные переносчики.

 Рис.3. Зависимость плотности потока jm вещества через мембрану в клетку от концентрации вещества снаружи клетки (СНАР) при простой (1) и облегченной (2) диффузии.

градиентов.
Движущей силой диффузии является разность концентрации ионов внутри и вне клетки и разность электрических потенциалов, создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны 
Электрохимический потенциал является энергией ионов:
Зависимость потока ионов J от электрохимического градиента определяется уравнением Теорелла:
уравнение Нернста-Планка
с учётом двух градиентов, которые обуславливают диффузию ионов

μ0- стандартный химический потенциал, который зависит от химической природы вещества и температуры, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, C - концентрация иона, z - электрический заряд, F - константа Фарадея,  φ - электрический потенциал.

где U - подвижность ионов, C - концентрация ионов, dμ/dx -электрохимический градиент.

Рис. 4. Некоторые электрические потенциалы внутри живой клетки
ϕo- потенциал вне клетки;
ϕi- потенциал внутри клетки;
ϕx- потенциал внутри матрикса митохондрий

Рис. 5. Связь между величиной плотности потока J и скоростью движения каждой частицы v.
Поскольку каждую секунду через площадь S проходит vSС киломолей частиц (С-молярная концентрация), то поток Ф = vSС, а плотность потока равна: J = vС.

насосы):
1) Натрий-калиевый насос. 2) Кальциевый насос. 3) Водородный насос.
Натрий-калиевый насос
Натрий-калиевый насос существует в плазматических мембранах всех животных и растительных клеток. Он выкачивает ионы натрия из клеток и загнетает в клетки ионы калия. В результате концентрация калия в клетках существенно превышает концентрацию ионов натрия.
Кальциевый насос
Через мембраны некоторых клеток животного (например, мышечных) осуществляется первично-активный транспорт ионов кальция из клетки (кальциевый насос), что приводит к наличию трансмембранного градиента указанных ионов.
Водородный насос
Водородный ионный насос действует в мембране бактериальных клеток и в митохондриях, а также в клетках желудка, перемещающего водородные ионы из крови в его полость.

Активный транспорт - перенос ионов против их электрохимических градиентов с использованием энергии метаболизма:

его концентрационному или электрохимическому градиенту.
Это симпортный или антипортный перенос веществ.
Пример:
Na+,Са2+- обменник плазматической мембраны (активный антипорт),
ионы натрия по градиенту концентрации переносятся в клетку, а ионы Са2+против градиента концентрации выходят из клетки.
По механизму активного симпорта происходят всасывание глюкозы клетками кишечника и реабсорбция из первичной мочи глюкозы, аминокислот клетками почек.

системы транспорта через мембраны, которые переносят вещества из области их низкой концентрации в область высокой концентрации без непосредственного расхода энергии метаболизма клетки