Лекция № 8. Тема: "Физические механизмы переноса веществ через мембрану"

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Лекция № 8. Тема: "Физические механизмы переноса веществ через мембрану"

Содержание

2. План лекции: Механизмы пассивного транспорта. Простая, ограниченная, обменная и облегченная диффузия. Уравнение потока веществ Уссинга. Фильтрация,
3. Целый ряд процессов в клетке, таких, как возбуждение, синтез АТФ, поддержание постоянства ионного состава и содержания
4. Различают 2 вида транспорта веществ через биомембрану: Пассивный транспорт – это перенос веществ, который идет самопроизвольно
5. Классификация видов мембранного транспорта
6. Энергия пассивного транспорта создается различными градиентами: концентрационным осмотическим электрическим градиентом гидростатического давления жидкости электрохимическим (совокупность концентрационного
7. Основным механизмом пассивного транспорта веществ, обусловленным наличием концентрационного градиента, является диффузия.
8. Диффузия – это самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей в область меньшей его концентрации в
9. Простая диффузия описывается уравнением Фика : скорость диффузии прямо пропорциональна градиенту концентрации и площади S, через
10. Скорость диффузии - это количество вещества, диффундирующего в единицу времени через данную площадь. Градиент концентрации -
11. Коэффициент диффузии D численно равен количеству вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу площади при градиенте
12. Уравнение Коллендера-Бернульда где С1 и С2 – концентрации вещества по разные стороны мембраны Р – коэффициент
13. График простой диффузии Скорость переноса Концентрация
14. Молекулы, имеющие примерно одинаковую массу и размер, поступают через мембрану тем легче, чем выше их растворимость
15. В ряде случаев скорость диффузии некоторых водорастворимых веществ во много раз выше, чем скорость диффузии этих
16. Облегченная диффузия осуществляется при помощи белка-переносчика или каналообразующего белка. Примером подвижного белка-переносчика может служить валиномицин, транспортирующий
17. Схема облегченной диффузии, осуществляемой при помощи каналообразующего белка. Канало-образу-ющий белок
18. Ионные каналы биомембраны Ионные каналы биомембраны - это специализированные селективные поры, образованные белковыми молекулами, предназначенными для
19. С внешней стороны мембраны у входа в канал расположен селективный центр, в основе функционирования которого лежит
20. Схема строения натриевого ионного канала мембраны в разрезе
21. Схема облегченной диффузии, осуществляемой при помощи белка-переносчика.
22. Ферментативный перенос описывается уравнением Михаэлиса-Ментена . Поток вещества М равен возможной максимальной скорости Vmax реакции в
23. Кинетика облегченной диффузии через мембраны при участии белка-переносчика и каналообразующего белка Скорость транспорта
24. Ограниченная диффузия При наличии микроканалов в мембране происходит изменение полярности липидного слоя. Ограниченная диффузия характеризуется ограничением
25. Обменная диффузия - это ферментативный перенос веществ через мембрану как с внешней, так и с внутренней
26. Осмос - движение молекулы воды через полупроницаемые мембраны из места с меньшей концентрацией растворенного вещества в
27. Уравнение, описывающее осмотический перенос воды. Где - количество воды, проходящей через мембрану площадью S за единицу
28. Фильтрация – это движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Явление фильтрации играет
29. Фильтрация – движение жидкости через поры какой-либо перегородки под действием гидростатического давления. Где r – радиус
30. Активный транспорт Принцип работы АТФ-азных-насосов основан на конформационных перестройках белковой макромолекулы при взаимодействии с транспортируемым ионом.
31. Основные этапы Na+ - K+-насоса : образование комплекса фермента с АТФ на внутренней поверхности мембраны (эта
32. Внешняя среда Внутренняя среда МЕМБРАНА АТФ АДФ+Фн 2К + 3Na + 2Mg 2+ АТФ-аза
33. Активный транспорт 2. Активный транспорт ионов кальция осуществляется через мембрану саркоплазмотического ретикулума. Ca2+ - насос идет
34. Основные этапы Са2+-насоса : Первый этап: связывание Са2+ с комплексом Mg-АТФазы на наружной поверхности саркоплазматической мембраны.
35. КЛЕТКА МЕМБРАНА МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО АТФ АДФ+Фн Са 2+ Mg 2+ АТФ-аза
36. Активный транспорт 3. Протонная помпа – это транспорт Н+ через мембрану митохондрии.
37. Внешняя среда Сопрягающая мембрана Внутренняя среда субстрат АТФ АДФ+Фн е е 2Н 2Н 2Н + +
38. Перенос веществ через сложные мембраны можно рассмотреть на примере опыта Уссинга. Камера, заполненная нормальным раствором Рингера,
40. Скачать презентацию

Слайд 2

План лекции:
Механизмы пассивного транспорта.
Простая, ограниченная, обменная и облегченная диффузия.
Уравнение потока

веществ Уссинга.
Фильтрация, осмос.
Активный транспорт, его механизмы.
Перенос веществ в сложных биологических мембранах.

Слайд 3

Целый ряд процессов в клетке, таких, как возбуждение, синтез АТФ, поддержание

постоянства ионного состава и содержания воды, связан с переносом веществ через биологические мембраны. Изменение скорости переноса веществ может приводить к нарушению биоэнергетических процессов, водно-солевого обмена, возбудимости и др. явлений. Коррекция этих изменений лежит в основе действия большого числа лекарственных препаратов.

Слайд 4

Различают 2 вида транспорта веществ через биомембрану:
Пассивный транспорт – это перенос

веществ, который идет самопроизвольно по электрохимическому градиенту с уменьшением свободной энергии клетки.
Активный транспорт - это перенос веществ, который идет против электрохимического градиента с участием АТФ-азы с затратой энергии гидролиза АТФ непосредственно в процессе переноса.

Слайд 5

Классификация видов мембранного транспорта

Слайд 6

Энергия пассивного транспорта создается различными градиентами:
концентрационным
осмотическим
электрическим
градиентом гидростатического давления жидкости
электрохимическим (совокупность концентрационного

и электрического)

Слайд 7

Основным механизмом пассивного транспорта веществ,
обусловленным наличием концентрационного градиента, является диффузия.

Слайд 8

Диффузия –
это самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей

в область меньшей его концентрации в результате теплового хаотического движения молекул.

Слайд 9

Простая диффузия описывается уравнением Фика : скорость диффузии прямо пропорциональна градиенту концентрации

и площади S, через которую осуществляется диффузия:

Слайд 10

Скорость диффузии - это количество вещества, диффундирующего в единицу времени

через данную площадь.
Градиент концентрации - это изменение концентрации вещества, приходящееся на единицу длины, в направлении диффузии.
Знак «-» показывает, что диффузия идет из области большей в область меньшей концентрации.
D - коэффициент диффузии.

Слайд 11

Коэффициент диффузии D численно равен количеству вещества, диффундирующего в единицу времени

через единицу площади при градиенте концентрации, равном единице. Коэффициент диффузии зависит от природы вещества и от температуры.

Слайд 12

Уравнение Коллендера-Бернульда
где
С1 и С2 – концентрации вещества по разные стороны мембраны
Р

– коэффициент проницаемости, аналогичный коэффициенту диффузии

В отличии от коэффициента диффузии, который зависит только от природы вещества и температуры, коэффициент проницаемости зависит еще от свойств мембраны и от её функционального состояния.

Слайд 13

График простой диффузии
Скорость переноса
Концентрация

Слайд 14

Молекулы, имеющие примерно одинаковую массу и размер, поступают через мембрану тем

легче, чем выше их растворимость в липидах. Существует 2 пути диффузии веществ:

Диффузия гидрофильных веществ через микроканалы

Диффузия
липофильных веществ
через липидный слой

Слайд 15

В ряде случаев скорость диффузии некоторых водорастворимых веществ во много

раз выше, чем скорость диффузии этих веществ в липидной фазе. Такое явление получило название облегченной диффузии.

Слайд 16

Облегченная диффузия осуществляется при помощи белка-переносчика или каналообразующего белка.
Примером подвижного белка-переносчика

может служить валиномицин, транспортирующий К+.
Примером каналообразующего белка может служить грамицидин, осуществляющий трансмембранный перенос Na+ по градиенту концентрации.

Слайд 17

Схема облегченной диффузии, осуществляемой при помощи каналообразующего белка.
Канало-образу-ющий белок

Слайд 18

Ионные каналы биомембраны
Ионные каналы биомембраны - это специализированные селективные поры,

образованные белковыми молекулами, предназначенными для облегченной диффузии определенных ионов (Na+,K+,Ca2+,Cl- и т.д.).
Выделяют три самостоятельные транспортные системы в возбудимых мембранах Na+, K+, Ca2+- каналы, сходные по своим функциям, но отличающиеся избирательностью (селективностью).

Слайд 19

С внешней стороны мембраны у входа в канал расположен селективный центр,

в основе функционирования которого лежит принцип стерического соответствия. Его назначение - не пропускать в канал и из канала ионы большего и меньшего размеров, а со стороны цитоплазмы располагаются так называемые "ворота", которые управляются трансмембранным электрическим полем при помощи конформационно-лабильного электрического сенсора. По каналу ионы проходят по эстафетному принципу, друг за другом. Ворота могут находиться в двух состояниях:"открыто-закрыто".

Слайд 20

Схема строения натриевого ионного канала мембраны в разрезе

Слайд 21

Схема облегченной диффузии, осуществляемой при помощи белка-переносчика.

Слайд 22

Ферментативный перенос описывается уравнением Михаэлиса-Ментена .
Поток вещества М равен

возможной максимальной скорости Vmax реакции в условиях насыщения фермента и концентрации субстрата С.
, где k -константа
Из уравнения следует, что при повышении концентрации субстрата скорость потока веществ реакции возрастает и приближается к некоторому постоянному значению, характерному для полного связывания с субстратом.

Слайд 23

Кинетика облегченной диффузии через мембраны при участии белка-переносчика и каналообразующего белка
Скорость

транспорта

Слайд 24

Ограниченная диффузия
При наличии микроканалов в мембране происходит изменение полярности липидного

слоя.
Ограниченная диффузия характеризуется
ограничением скорости движения заряженных
частиц в следствии уменьшения электри-
ческого взаимодействия.

Слайд 25

Обменная диффузия - это ферментативный перенос веществ через мембрану как с

внешней, так и с внутренней среды клетки.

Слайд 26

Осмос - движение молекулы воды через полупроницаемые мембраны из места

с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией. Осмос - это простая диффузия воды из мест с ее большей концентрацией в места с меньшей концентрацией воды. Это явление обуславливает гемолиз эритроцитов в гипотонических растворах.

Слайд 27

Уравнение, описывающее осмотический перенос воды.
Где
- количество воды, проходящей через мембрану

площадью S за единицу времени;
Р1 и Р2 – осмотическое давление растворов по одну и по другую сторону мембраны;
k – коэффициент проницаемости.

Слайд 28

Фильтрация – это движение раствора через поры в мембране под действием

градиента давления. Явление фильтрации играет важную роль в процессе переноса воды через стенки кровеносных сосудов.

Слайд 29

Фильтрация – движение жидкости через поры какой-либо перегородки под действием гидростатического

давления.

Где
r – радиус поры
l – длина поры
η – вязкость жидкости
Р1-Р2 – разность давления между началом и концом поры
V – объем фильтрованной жидкости

Слайд 30

Активный транспорт Принцип работы АТФ-азных-насосов основан на конформационных перестройках белковой макромолекулы при

взаимодействии с транспортируемым ионом.

1. Na+ - K+-насос осуществляется за счет противоградиентного переноса через мембрану трех ионов натрия из клетки и накачивающий два иона калия внутрь клетки.

Слайд 31

Основные этапы Na+ - K+-насоса :
образование комплекса фермента с АТФ на

внутренней поверхности мембраны (эта реакция активируется ионами магния)
связывание комплексом трех ионов натрия
фосфолирирование фермента с образованием аденозинтрифосфата
переворот фермента внутри мембраны
реакция ионного обмена натрия на калий, происходящая на внешней поверхности мембраны
обратный переворот ферментного комплекса с переносом ионов калия внутрь клетки
возращение фермента в исходное состояние с освобождением ионов калия и неорганического фосфата

Слайд 32

Внешняя среда
Внутренняя среда
МЕМБРАНА
АТФ
АДФ+Фн
2К
+
3Na
+
2Mg
2+
АТФ-аза

Слайд 33

Активный транспорт
2. Активный транспорт ионов кальция осуществляется через мембрану саркоплазмотического

ретикулума.
Ca2+ - насос идет за счет энергии гидролиза АТФ и переноса двух ионов кальция из клетки в межклеточное пространство.

Слайд 34

Основные этапы Са2+-насоса :
Первый этап: связывание Са2+ с комплексом Mg-АТФазы на

наружной поверхности саркоплазматической мембраны.
Второй этап: гидролиз АТФ с образованием фермент-фосфатного комплекса.
Третий этап: переход связанного Са2+ через мембрану в клетку.
Четвертый этап: переход кальцийсвязывающих центров на наружную поверхность мембраны

Слайд 35

КЛЕТКА
МЕМБРАНА
МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО
АТФ
АДФ+Фн
Са
2+
Mg
2+
АТФ-аза

Слайд 36

Активный транспорт
3. Протонная помпа – это транспорт Н+ через мембрану

митохондрии.

Слайд 37

Внешняя среда
Сопрягающая мембрана
Внутренняя среда
субстрат
АТФ
АДФ+Фн
е
е
2Н
2Н
2Н
+
+
+
О
2
АТФ-аза

Слайд 38

Перенос веществ через сложные мембраны можно рассмотреть на примере опыта Уссинга.

Камера, заполненная нормальным раствором Рингера, разделена на две части свежеизолированной кожей лягушки. Слева - наружная поверхность кожи, справа - внутренняя серозная. Поток ионов Na+ через кожу идет от наружной к внутренней поверхности и наоборот. На коже лягушки возникает разность потенциалов: внешняя сторона имеет отрицательный заряд, внутренняя сторона имеет положительный заряд.

Лекция № 8. Тема: "Физические механизмы переноса веществ через мембрану"

Содержание

План лекции:Механизмы пассивного транспорта.Простая, ограниченная, обменная и облегченная диффузия. Уравнение потока

Целый ряд процессов в клетке, таких, как возбуждение, синтез АТФ, поддержание

Различают 2 вида транспорта веществ через биомембрану:Пассивный транспорт – это перенос

Классификация видов мембранного транспорта

Основным механизмом пассивного транспорта веществ, обусловленным наличием концентрационного градиента, является диффузия.

Диффузия – это самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей

Простая диффузия описывается уравнением Фика : скорость диффузии прямо пропорциональна градиенту концентрации

Скорость диффузии - это количество вещества, диффундирующего в единицу времени

Коэффициент диффузии D численно равен количеству вещества, диффундирующего в единицу времени

Уравнение Коллендера-БернульдагдеС1 и С2 – концентрации вещества по разные стороны мембраныР

График простой диффузииСкорость переносаКонцентрация

Молекулы, имеющие примерно одинаковую массу и размер, поступают через мембрану тем

В ряде случаев скорость диффузии некоторых водорастворимых веществ во много

Облегченная диффузия осуществляется при помощи белка-переносчика или каналообразующего белка. Примером подвижного белка-переносчика

Схема облегченной диффузии, осуществляемой при помощи каналообразующего белка.Канало-образу-ющий белок

Ионные каналы биомембраны Ионные каналы биомембраны - это специализированные селективные поры,