7. Разновидности пассивного транспорта через мембрану.

Пассивный транспорт – перенос молекул и ионов через мембрану, который осуществляется в направлении меньшей их концентрации.

Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии.

Различают несколько типов пассивного транспорта. На рис. 7 представим классификацию основных видов пассивного транспорта

Рис.7

Рассмотрим простую диффузию, которая может происходить непосредственно через липидный бислой, через липидную или белковую пору в водном окружении.

Рис.8.

На рис. 8 показаны основные разновидности простой диффузии через мембрану:

а) через липидный бислой (а);

б) через пору в липидном бислое (б);

в) через белковую пору (б).

Простая диффузия через липидный слой подчиняется уравнению Фика для молекул или в более общем случае для нейтральных и заряженных частиц – уравнению Нернста - Планка. В живой клетке такая диффузия обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа, ряда лекарственных веществ.

Через липидные и белковые поры проникают молекулы нерастворимых в липидах веществ и водорастворимые гидратированные ионы (окруженные молекулами воды). Для жиронерастворимых веществ и ионов мембрана выступает как молекулярное сито: чем больше размер молекулы, тем меньше проницаемость мембраны для этого вещества.

Однако простая диффузия проникает достаточно медленно и не может снабдить клетку в нужном количестве питательными веществами.

В биологических мембранах существует еще один вид диффузии – облегченная диффузия. Облегченная диффузия происходит при участии молекул переносчиков (в). Например, валиномицин – переносчик ионов калия. Установлено, что валиномицин резко повышает проницаемость мембраны для К⁺ благодаря специфике своей структуры. В нем формируется полость, в которую точно и прочно вписывается ион К⁺ (ион Na⁺ слишком велик для отверстия в молекуле валиномицина). Молекула валиномицина «захватив» ион К⁺, образует растворимый в липидах комплекс и проходит через мембрану, затем ион К⁺ остается, а переносчик уходит обратно.

При облегченной диффузии наблюдается конкуренция переносимых веществ в тех случаях, когда переносчиком переносятся разные вещества; при этом одни вещества переносятся лучше, чем другие, и добавление одних веществ затрудняет транспорт других: так, из сахара глюкоза переносится лучше, чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, а ксилоза лучше, чем арабиноза и т.д.

Есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчика, например, флоридзин подавляет транспорт сахаров через биологическую мембрану.

Еще разновидностью облегченной диффузии является транспорт с помощью неподвижных молекул-переносчиков, фиксированных определенным образом поперек мембраны. При этом молекула переносимого вещества передается от одной молекулы переносчика к другой, как по эстафете.

Фильтрацией называется движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Скорость переноса при фильтрации подчиняется закону Пуазейля:

dV/dt = (P₁-P₂)/Х, где

- dV/dt – объемная скорость переноса раствора,

- Х – гидравлическое сопротивление.

Х = 8ηl / πr⁴,

l – длина поры, r – ее радиус, η – коэффициент вязкости раствора.

Явление фильтрации играет важную роль в процессах переноса воды через стенки кровеносных сосудов.

Осмос – преимущественное движение молекул воды через полупроницаемые мембраны (непроницаемые для растворенного вещества и проницаемые для воды) из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией. Осмос – по сути дела, простая диффузия воды из мест с ее большей концентрацией в места с меньшей концентрацией воды. Осмос играет большую роль во многих биологических явлениях. Явление осмоса обуславливают гемолиз эритроцитов в гипотонических растворах.