ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Изменение компартментализации веществ из "Введение в молекулярную эндокринологию" Многие клетки с наружной стороны покрыты аморфным материалом, в 5—10 раз превышающим толщину плазматической мембраны. Эта шуба , укрепляющая стенки клетки и связывающая их между собой, состоит из гиалуроновой кислоты, мукополисахаридов и коллагеновых волокон. Она не влияет на диффузию ионов и малых молекул, но замедляет двил ение белков и других макромолекул. [c.28] В костной и хрящевой ткани клетки скреплены твердым межклеточным веществом. В других тканях столь прочные связи существуют только между малыми участками мембран соседних клеток. Известны два типа таких контактов десмосомы и терминальные перемычки. Десмосомы представляют собой круглые или овальные структуры, расположенные на наружной поверхности двух соседних клеток, которые, подобно за клепкам, соединяют эти клетки. От десмосомы в цитоплазму обеих клеток тянутся фибриллы. В отличие от десмосом терминальные перемычки не дискретные, а непрерывные образования, опоясывающие всю клетку и тем самым связывающие все соседние клетки в единый пласт. Поскольку эта перемычка не пропускает больших молекул, она существенно ограничивает диффузию веществ через клеточный пласт. [c.28] Известно, что мозг защищен гемато-энцефалнческим барьером от многих соединений, циркулирующих в крови. Этот барьер образован плотно смыкающимися друг с другом терминальными перемычками, опоясывающими клетки эндотелия кровеносных сосудов мозга. Между просветом сосудов мозга и нервными клетками выстроена сплошная стенка из этих перемычек. Химический состав ее таков, что она выполняет роль сита пропускает в мозг низкомолекулярные вещества и не пропускает полипептиды и белки. [c.28] Мембрана не только отделяет цитоплазму от внеклеточной среды, не только разделяет клетку иа отсеки и тем самым обеспечивает относительную автономию протекания химических процессов в органеллах, но и служит каналом связи между разными отделами клетки. Градиенты концентраций ионов создают на мембране электрохимический потенциал, который чутко реагирует как иа биологически активные вещества, так и на всевозможные изменения во внеклеточной и внутриклеточной среде (температура, pH и т. п.). [c.29] Большинство ферментов клетки функционирует, по-видимому, на мембранах. Применяя растворы низкой ионной силы и нейтрального значения pH, можно выделить плазматические мембраны, которые обладают активностями ферментов гликолиза, т. е. типичных растворимых ферментов. Оказывается, что, связываясь с мембраной, эти ферменты приобретают иные кинетические константы и, дополнительные регуляторные свойства. Для многих ферментов доказано, что они располагаются в мембране в строгом порядке, соответствующем последовательности протекания метаболического цикла. [c.29] В обычных условиях, перенос этих веществ (и многих других метаболитов) осуществляется путем опосредованного транспорта. Поскольку в таком транспорте участвует специфический переносчик, количество которого в мембране ограничено, скорость переноса растет при увеличении концентрации вещества только до определенных пределов (см. рис. 10). Существуют разные модели опосредованного транспорта. Согласно одним из них, переносчик только открывает ворота (рис. 11),. согласно другим — транспортирует молекулу вещества через всю мембрану, согласно третьим — переносит молекулу вещества в некий участок мембраны, из которого она удаляется аналогичным переносчиком, расположенным иа другой стороне мембраны. Общее положение всех этих моделей состоит в том, что место связывания вещества на переносчике недоступно одновременно этому веществу с обеих сторон мембраны. [c.31] Движение ионов через мембрану определяется тремя факторами 1) градиентом концентраций иона по обе стороны мембраны 2) электрическим зарядом иона 3) разностью потенциалов по обе стороны мембраны. Внутренняя сторона плазматической мембраны заряжена отрицательно. Вне клетки концентрация На+ в несколько раз выше, чем внутри. При пассивной диффузии ионы (Ка+ перемещаются по градиенту своей концентрации и в сторону отрицательного заряда, поэтому для Ма+ существует наибольший электрохимический градиент. При образовании потенциала действия проводимость для Ма+ возрастает в сотни раз.. При этом катион движется со скоростью 10 с что лишь в 10 раз медленнее, чем его движение в межклеточной среде. Расчеты показывают, что при участии в этом процессе белкового переносчика скорость переноса была бы на несколько порядков меньше, поэтому предполагается, что в мембране функционирует специальный На+-ка-нал , который может открываться или закрываться . [c.33] Потенциал действия состоит по крайней мере из двух процессов деполяризующего входа Ма+ и реполяризующего выхода К+. Выход К+ из клетки также происходит по градиенту его концентраций, однако отрицательный заряд на внутренней стороне мембраны препятствует этому выходу. 10—20-кратное повышение проводимости для К+ во второй фазе потенциала действия (после входа в клетку. Ма+) — процесс с отрицательной обратной связью, который сам себя останавливает. Амплитуда потенциала действия — 70—100 мВ, длительность — несколько миллисекунд (рис. 13). [c.33] Транспорт катионов приводит также к пассивному (в качестве противоиона) проникновению через мембрану хлорида, бромида и иодида. Транспорт сульфата и фосфата требует метаболической энергии и осуществляется специальными связывающими белками. [c.34] Перенос воды через мембрану пропорционален разности гидростатического и осмотического давления по разные стороны мембраны. Любые регуляторы, изменяющие концентрацию веществ в клетке, будут влиять и на диффузию воды, которая направлена в сторону выравнивания осмотического давления. [c.34] Для того чтобы протекал ферментативный процесс, необходимо постоянное поступление в активный центр фермента субстратов и удаление продуктов. В растворе скорости этих процессов определяются простыми законами диффузии их можно ускорить или замедлить, изменяя температуру или вязкость растворителя. В клетке ферменты и субстраты могут быть разделены мембраной, и тогда любой фактор, оказывающий влияние на проницаемость мембран, может служить регулятором ферментативного процесса. Так, например, повышение проницаемости мембран митохондрий для жирных кислот под действием карнитина приводит к значительному ускорению процессов р-окисления, В ряде случаев такие регуляторы могут непосредственно связываться с субстратами или ферментом и тем самым изменять их компартментализацию, а в ряде случаев регулятор может взаимодействовать с другими структурами клетки и, изменяя проницаемость для субстратов или продуктов, вызывать дистанционную регуляцию ферментативных процессов. К числу последних могут относиться как внутриклеточные метаболиты (например, жирные кислоты, изменяя проницаемость мембран митохондрий для Н+ и Са +, могут влиять на сопряжение дыхания с фосфорилированием), так и специфические регуляторы, например, гормоны и медиаторы. [c.35] Однако в клетке далеко не всегда достигается равновесие между компонентами обратимой реакции, подчиняющееся уравнению Холдейна, поскольку продукт обратимой реакции, как правило, может превращаться под действием других ферментов, в том числе и таких, которые катализируют необратимые реакции. В качестве примера можно привести обратимую реакцию между 3-фосфоглицериновым альдегидом и фосфо-диоксиацетоном, равновесие в которой сильно сдвинуто в сторону образования последнего соединения, однако постоянное использование 3-фосфоглицеринового альдегида в процессах гликолитической оксидоредукции приводит к сдвигу обратимой реакции в сторону превращения фосфодиоксиацетона в З-фосфогдицериновый альдегид. [c.36] Не менее вал ное значение может иметь и удаление продукта необратимой реакции, если этот продукт в состоянии конкурировать с субстратом за фермент. Во многих случаях мы можем наблюдать, что такое удаление происходит не только путем последовательного превращения вещества другими ферментами, ио и путем пространственного удаления его от фермента. Так, например, малат и цитрат могут покидать митохондрии и тем самым изменять как энергетические процессы цитоплазмы, так и активность цикла Кребса (рис. 14). Отметим, что выход метаболитов из митохондрий — также регулируемый процесс. [c.36] Альдостерон влияет на проницаемость мембран для Ма+ (см. раздел 4.1). Эффекты альдостерона можно предотвратить с помощью ингибиторов синтеза белка. Возможно, этот. гормон индуцирует синтез компонентов Ма+-насоса или других мембранных белков, либо непосредственно участвующих в транспорте Ма+, либо регулирующих этот процесс. [c.38] Все эти регуляторы изменяют проницаемость мембран не для метаболитов, а для ионов, которые могут служить кофакторами ферментов, а также изменять электрохимические потенциалы на мембране клетки. [c.38] Вернуться к основной статье