Механізми дифузії в клітці. Дифузія через білкові канали

Відео: Transport in Cells Diffusion and Osmosis, part - 1 Транспорт в клітинах: Дифузія і осмос, частина - 1

дифузію через клітинну мембрану поділяють на два підтипи: просту дифузію і полегшену дифузію. Проста дифузія означає, що кінетичне рух молекул або іонів відбувається через отвір в мембрані або міжмолекулярні простору без будь-якої взаємодії з мембранними білками-переносниками. Швидкість дифузії визначається кількістю речовини, швидкістю кінетичного руху, числом і розміром отворів в мембрані, через які можуть переміщатися молекули або іони.

Відео: Транспорт речовин в організмі

полегшена дифузія вимагає взаємодії з білком-переносником, який сприяє транспорту молекул або іонів, зв`язуючись з ними хімічно і в такій формі курсуючи через мембрану.

проста дифузія може відбуватися крізь клітинну мембрану двома способами: (1) через міжмолекулярні проміжки ліпідного бішару, якщо дифундує речовина розчинно в жірах- (2) через заповнені водою канали, що пронизують деякі великі транспортні білки, як показано на рис. 4-2 зліва.

Дифузія жиророзчинних речовин через ліпідний бішар. Одним з найбільш важливих факторів, що визначають швидкість дифузії речовини через ліпідний бішар, є його розчинність в ліпідах. Наприклад, кисень, азот, вуглекислий газ і спирти мають більш високу розчинність в ліпідах, тому можуть безпосередньо розчинятися в ліпідному Біслі і дифундувати через клітинну мембрану точно так же, як дифундують водорозчинні речовини у водних розчинах. Очевидно, що величина дифузії кожного з цих речовин прямо пропорційна їх розчинності в ліпідах. Цим шляхом може транспортуватися дуже велика кількість кисню. Таким чином, кисень може доставлятися всередину клітин практично так само швидко, як якщо б клітинної мембрани не існувало.

Дифузія води і інших нерозчинних в жирах молекул через білкові канали. Незважаючи на те, що вода зовсім не розчиняється у ліпідах мембрани, вона легко проходить через канали в білкових молекулах, які пронизують мембрану наскрізь. Вражає швидкість, з якою молекули води можуть рухатися крізь більшість клітинних мембран. Наприклад, загальна кількість води, яка дифундує в будь-якому напрямку через мембрану еритроцита в секунду, приблизно в 100 разів більше, ніж обсяг самої клітини.

Крізь канали, представлені білковими порами, можуть проходити і інші нерозчинні в ліпідах молекули, якщо вони розчиняються у воді і досить малі. Однак збільшення розмірів таких молекул швидко знижує їх проникаючу здатність. Наприклад, можливість проникнення сечовини через мембрану приблизно в 1000 разів менше, ніж води, хоча діаметр молекули сечовини всього на 20% більше діаметру молекули води. Проте, з огляду на разючу швидкість проходження води, яка проникає здатність сечовини забезпечує її швидкий транспорт через мембрану протягом декількох хвилин.

Дифузія через білкові канали

Комп`ютерні тривимірні реконструкції білкових каналів продемонстрували наявність трубчастих структур, які пронизують мембрану наскрізь - від позаклітинної до внутрішньоклітинної рідини. Отже, речовини можуть рухатися по цим каналам шляхом простої дифузії з одного боку мембрани на іншу. Білкові канали відрізняються двома важливими особливостями: (1) вони часто вибірково проникні для певних речовин-(2) багато каналів можуть відкриватися або закриватися за допомогою воріт.

Відео: Мембранні потенціали - Частина 1

виборча проникність білкових каналів. Багато білкові канали Високовибірково для транспорту одного або декількох специфічних іонів або молекул. Це пов`язано з власними характеристиками каналу (діаметром і формою), а також з природою електричних зарядів і хімічних зв`язків вистилають його поверхонь. Наприклад, один з найважливіших білкових каналів - так званий натрієвий канал - має діаметр від 0,3 до 0,5 нм, але, що більш важливо, внутрішні поверхні цього каналу заряджені сильно негативно. Ці негативні заряди можуть затягувати дрібні зневоднені іони натрію всередину каналів, фактично витягаючи ці іони з навколишніх їх молекул води. Опинившись в каналі, іони натрію дифундують в будь-якому напрямку відповідно до звичайних правил дифузії. У зв`язку з цим натрієвий канал специфічно вибірковий для проведення іонів натрію.

Ці канали дещо менше, ніж натрієві канали, їх діаметр становить лише близько 0,3 нм, однак вони не заряджені негативно і мають інші хімічні зв`язки. Отже, немає вираженої сили, що тягне іони всередину каналу, і іони калію не звільняються від їх водної оболонки. За розміром гідратованих форма іона калію значно менше гидратированной форми іона натрію, оскільки іон натрію притягує набагато більше молекул води, ніж іон калію. Отже, більш дрібні гідратовані іони калію легко можуть проходити через цей вузький канал, в той час як більший гідратований іон натрію «вибраковується», що і забезпечує виборчу проникність для специфічного іона.