Лекция 5. Строение мембран. Механизмы мембранно..


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Лекция
5

Тема:
С
троение мембран
.
Механизмы
мембранн
ого

транспорт
а

веществ


Мембранология как самостоятельная наука, изучающая строение,
свойства, механизмы функционирования биологических мембран,
сформировалась сравнительно недавно (1950
-
1970 г.г). Однако сам термин
«мембрана» используется почти 150 лет для об
означения клеточной границы,
служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клетки и внешней
средой, а с другой


полупроницаемой перегородкой, через которую могут
проходить вода и растворенные в ней вещества.

1. Функции мембран


1. Отделяют клетк
и от окружающей среды. Обладают и
з
бирательной
проницаемостью, содержат специфические транспортные сист
е
мы.
Внутренние мембраны клеток ограничивают органеллы и формируют
об
о
собленные внутриклеточные отсеки
-

компартменты. Они обеспечивают
функци
о
нальную спе
циализацию клетки.

2. Мембраны играют центральную роль в системе межклеточных
взаимодействий. В них располагаются рецепторы, воспр
и
нимаю
щие
химические, физические и другие

внешние сигналы. Некоторые мембраны
сами способны генерировать сигнал (химический и
ли электрич
е
ский).

3. Мембраны участвуют в процессах превращения энергии
(фотосинтез, окисл
и
тельное фосфорилирование).

2
.
Структура мембран

2.1. Характеристика мембран.
Все биологические мембраны имеют
общие признаки строения.

1. Мембраны являют
ся
сложными структурами, построенными из
липидов, белков и углеводов.

Основу мембран составляет липидный бислой,
имеющий толщину 6
-
10 нм.

2. Соотношение белков и липидов в мембранах варьирует от
1:4

до
4:1

и зависит от типа клеток и органелл.

3. Мембраны
являются
асимметричной

структурой с наружной и
внутренней поверхностями.

4. Мембрана стабилизируется
нековалентными

связями и является
термодинамически стабильной

и
метаболически активной
.

5. Специфические белки встроены в мембраны и выполняют
функции

ре
цепции управляющих сигналов, межклеточного взаимодействия,
транспорта веществ и пр.

6. Мембраны


это жидкостные структуры.

7. Большинство мембран способны к поляризации (для внутренней
поверхности мембран типично 60 мВ). Мембраны играют ключевую роль в
т
ранспорте, преобразовании энергии и хранении энергии.

2
.2.
Липиды мембран
.
Основными липидами мембран являются
фосфолипиды, гликолипиды и холестер
ол
.

1. В мембранах присутствуют 2 основных класса
фосфолипидов
:

1
.1.

Глицерофосфо
липиды

являются основным ко
мпонентом
большинства мембран и состоят из спирта
глицер
ол
а
, 2
-
х
остатков жирных
кислот
, остатка
фосфорной кислоты

и
спирта
: холина (фосфатидилхолин),
этаноламина (фосфатидилэтаноламин), серина (фосфатидилсерин), глицерола
(фосфатидилглицерол), глицеролфос
фата
, треонина или инозитола (рис.
6
.1
,
таблица
1
).



Рис.
1
. Строение глицерофосфолипидов. Х


спирт.

Таблица
1.

Структура глицерофосфолипидов

Глицерофосфолипид

Спирт

Фосфатидилэтаноламин

НО

СН
2

СН
2
-
NH
2

Фосфатидил
холин

НО

СН
2

СН
2

N
+

H
3
)
3

Фосфатидилсерин

НО

СН
2

С
H
N
Н
2

СООН

Фосфатилилинозитол


Фосфатидилглицерол



Жирные

кислоты содержат
четное число атомов углерода

(чаще 16 и
18). Жирные кисло
ты
неразветвленные

и могут быть
насыщенными

(чаще в 1
положении

глицерофосфолипида
) и
ненасыщенными

(чаще во 2 положении

глицерофосфолипида
).
Жирные кислоты ионизированы при физиологическом
значении рН, поэтому они получают суффикс

ат, например, пальмитат,
олеат.


1.
2
.

Сфингомиелины

содержат спирт
сфингозин
. Жирная кислота
пр
исоединяется амидной связью к аминогруппе сфингозина. Первичная
гидроксильная группа сфингозина эстерифицируется фосфорилхолином.
Сфингомиелины находятся преимущественно в миелиновых оболочках.


1.3
.
Гликолипиды

являются
сахаросодержащими липидами и делятся
на
ганглиозиды
и
цер
е
брозиды
.
Цереброзиды

вместо фосфорилированного
спирта содержат остаток гексозы (глюкозу или галактозу).
Ганглиозиды

содержат цепь из 3 и более остатков углеводов (например, сиаловые
кислоты), которы
е присоединяются к первичной спиртовой группе
сфингозина.

1.4.

Стероиды.

Основным стероидо
м

в мембранах является
холестерол

(ри
с
.
2
)
,

который находится преимущественно в плазматической
мембране клеток.


Рис.
2
.

Холестерол

Холестерол в основном встреч
ается в
наружном слое

плазматической
мембраны.
Молекула
холестерола

встраивается в фосфолипидный бислой,
причем гидроксильная группа в положении 3 образует водородные связи с
полярными головками фосфолипидов, а сочлененные кольца
палочкообразной формы расп
олагаются в гидрофобной зоне ацильных
остатков фосфолипидов бислоя.

2
.3
.
Мембрана является амфипатической структурой
.

1.

Все

молекулы липидов, входящих в состав мембран, имеют
гидрофильную и гидрофобную области и поэтому являются
амфипатическими
.

2.

Амфипатические

липиды мембран имеют
полярную головку

и
неполярные гидрофобные хвосты

(рис
.
3
). Полярные головки нейтральны или
имеют отрицательный заряд.


Рис.
3
.
Структура липидов мембран


3.

Насыщенные жирные кислоты имеют прямые хвосты,
ненасыщенны
е жирные кислоты имеют цис
-
конформацию и изогнутые
хвосты, что делает мембрану менее жесткой и более текучей.

4. Липиды формируют
бислой
, в котором гидрофобная область
фосфолипидов защищена от воды, а гидрофильная область обращена к воде
(рис
.
4
).

Липидн
ый бислой получают
in

vitro

в виде липосом
.


Для формирования бислоя необходимо наличие
двух гидрофобных
хвостов
у каждого фосфолипида. Утрата одного из них превращает данный
фосфолипид в детергент (вещество, разрушающее фосфолипидный бислой).
Например, во
зникает гемолиз эритроцитов при действии яда гюрзы за счет
отщепления фосфолипазой А
2

остатка жирной кислоты во втором положении
глицерофосфолипида.


Рис.
6
.
4
. Строение липи
дного бислоя

2
.5
.
Белки мембран

По расположению белков в мембране, способу их ассоциации с
липидным бислоем их можно разделить на: поверхностные
(периферические) мембранные белки, связанные с гидрофильной
поверхностью липидного бислоя; интегральные мембранные белки,
погруженные в гидроф
обную область бислоя.

Прошивающие мембрану белки имеют конформацию α
-
спирали во
внутренней части мембраны. В этой части белка преобладают гидрофобные
аминокислотные остатки. Такая структура была впервые установлена при
исследовании бактериородопсина (7 тес
но упакованных α
-
спиралей,
пересекающих мембрану размером 4,4 нм).

Поры или каналы в мембранах образуются β
-
структурами белков.
Антипараллельные β
-
структуры связаны водородными связями и извиваясь
формируют полый цилиндр, который выполняет функции поры. В
ажно, что
остатки гидрофобных аминокислот взаимодействуют с гидрофобными
группами внутримембранного окружения канала, а внутренняя поверхность
канала образуется радикалами гидрофильных аминокислот (рис
.
5
).



Рис.
5
. Слева


бактериородопсин (энерг
опреобразующий
фотозависимый белок мембран); справа


организация поры в мембране
бактерии. А


вид сбоку, В


вид сверху

(
Berg

J
.
M
.,
Tymoczko

J
.
L
.,
Stryer

L
.
Biochemistry
.
N
-
Y
:
W
.
H
.
Freeman

and

Company
, 2002
).


Характеристика мембранных белков:

1.
Перифери
ческие

белки связаны с гидрофильной областью
интегральных белков или с полярными головками липидного бислоя
мембраны силами электростатического взаимодействия или водородными
связями. Периферические белки могут быть выделены без разрушения
мембраны концен
трированными солевыми растворами или изменением рН.
Многие рецепторы для гормонов являются периферическими белками.

2.
Интегральные

белки

погружены в мембрану на определенную
глубину или пронизывают мембрану насквозь (прошивающие). Такие белки
могут быть э
кстрагированы только при разрушении мембраны
органическими растворителями или детергентами.

Трансмембранные белки могут в виде нескольких α
-
спиралей или
одиночной α
-
спирали пересекать мембрану. При этом большая
(гидрофильная) часть такого белка экспониров
ана в воду. Некоторые белки
могут проникать только на расстояние одного монослоя мембраны.

Интегральные белки, подобно липидам, обладают амфипатическими
свойствами и у них есть гидрофобные области, взаимодействующие с
гидрофобными радикалами липидных моле
кул внутри бислоя, и
гидрофильные, обращенные с обеих сторон мембраны к воде.

Если основные структурные особенности биологических мембран
определяются свойствами их липидного бислоя, то специфические функции
мембран


белками

1.
На основании роли бе
лков в мембране их

можно разделить на две
группы:
структурные

и

динамические белки
. Структурные белки
поддерживают структуру всей мембраны. Это, как правило, периферические
белки, выступающие в роли «молекулярного бандажа». Динамические белки
непосредствен
но участвуют в процессах, происходящих на мембране.
Выделяют три класса таких белков:

1)

транспортные



участвующие в трансмембранном переносе
веществ;

2)

каталитические



это ферменты, интегрированные в мембрану и
катализирующие происходящие там реакции;

3)

рецепторные



это мембранные рецепторы, специфически
связывающие такие соединения, как гормоны, нейромедиаторы, токсины, на
наружной стороне мембраны, что служит сигналом для изменения
метаболических процессов в мембране или внутри клетки.

2
.6
. Углеводы мембран
.
В составе мембран углеводы находятся
только в соединении с белками (гликопротеины и протеогликаны) и
липидами (гликолипи
ды). В мембране гликозилировано около 10% всех
белков и 5
-
25% липидов. Углеводные цепи белков колеблются по составу от
2
-
х членных структур до разветвленных 18
-
членных полисахаридов.

Функции углеводов
:

1)
определяют м
ежклеточное взаимодействие;

2)
участву
ют в системе иммунитета

(антигенные детерминанты групп
крови);

3)
в
ходят в состав рецепторов.

2
.7
.
Свойства мембран
.

Итак, подытожим основные свойства
мембран:

1.

Текучесть (жидкостность) мембраны.

Теку
честь мембраны
характеризуется способностью компоне
нтов мембраны к движению.
Текучесть мембраны определяется липидным составом, процентом
полиненасыщенных жирных кислот и холестер
ол
а. Особое влияние на
текучесть мембраны оказывает молекулы холестерола, погруженные в
липидный бислой.
Бактерии регулируют жид
костность своих мембран
числом двойных связей в цепях жирных кислот фосфолипидов. Например,
отношение насыщенных к ненасыщенным жирным
Текучесть влияет на
функцию

мембраны. При повышении текучести у
величивается
проницаемость для воды и других гидрофильных молекул.

У животных и человека
ненасыщенные жирнокислотные остатки
глицерофосфолипидов и
холестерол игра
ю
т ключевую роль в
поддержании
жидкостности мембран.

2.
Избирательная проницаемость.

Это свой
ство обеспечивает
регуляцию транспорта в клетку необходимых молекул, а также удаления из
клетки продуктов метаболизма, т.е. активный обмен клетки и ее органелл с
окружающей средой. Избирательный транспорт необходим также для
поддержания трансмембранного гр
адиента ионов, служит основой всех
биоэнергетических механизмов, определяет эффективность процессов
рецепции, передачи нервного возбуждения и т.п.

3.
Асимметричность мембраны.

По химическому составу наружная
поверхность мембран отличается от внутренней.

Ме
мбраны ассиметричны по
липидному составу. Существует асимметрия расположения фосфолипидов в
мембране. Фосфатидилхолин и сфингомиелины локализованы в наружном
слоя мембран, фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин


во внутреннем.
Холестерол находится преимущ
ественно в наружном бислое. Белки в
мембранах расположены асимметрично (расположение периферических
белков, различная степень погружения интегральных белков).

Наиболее
асимметрично распределены в плазматической мембране гликолипиды и
гликопротеины. Углевод
ные части гликолипидов и гликопротеинов выходят
на наружную поверхность, иногда образуя сплошное покрытие на
поверхности клетки


гликокаликс
.

4.
Динамичность мембран.

Молекулы белков и липидов с высокой
скоростью двигаются в плоскости мембраны (
латеральна
я диффузия
). Они
легко меняются местами со своими соседями в пределах одного монослоя
примерно 10 раз в секунду. Перемещение мембранных белков в латеральной
плоскости может быть ограничено вследствие притяжения между
функционально связанными белками и обра
зования кластеров, что в
конечном счете приводит к их мозаичному распределению в липидном слое
.

Кроме того, молекулы белков и липидов очень быстро вращаются
вокруг своих продольных осей (
вращательная диффузия
).

Перескок липидных молекул из одного монослоя

в другой (
поперечная
диффузия
,
flip
-
flop
)

осуществляется редко, а белки к такому перескоку
вообще не способны. Причина исключительно медленного
flip
-
flop

заключается в его энергетической невыгодности, поскольку необходимо
перенести полярную головку молек
улы липида через гидрофобную область
бислоя.

3
.
Модели строения мембран

С.Дж.Сингер и Л.Г.Никольсон в 1972 г. предложили «жидкостно
-
мозаичную модель» строения мембраны. Согласно этой модели мембрана
представляет собой липидный бислой, в котором располо
жены глобулярные
белки. Каждая молекула липидов расположена так, что ее неполярная

углеводородная часть направлена

внутрь бислоя, а полярные головки
находятся на поверхности, контактируя с водой. По этой модели, мембрана
представляет собой динамическую сис
тему, в которой молекулы белка
относительно свободно «плавают в липидном море в виде айсбергов».
Прямые измерения показали, что белки движутся в сотни раз медленнее из
-
за
переплетения углеводных цепей на поверхности мембраны (гликокаликс).
Кроме того компо
не
н
ты мембраны с внутренней стороны связаны с системой
белков цитокаркаса.

Существует решетчато
-
мозаичная модель. Молекулы белков, которые
связаны с цитокаркасом, малоподвижны. Те белки, к
оторые с цитокаркасом
не связаны, могут относительно свободно перемещаться
в
плоскости
мембраны (рис
. 6
).


Рис.
6
.

Строение плазматической мембраны эукариотической клетки.

4
.
Механизмы
мембранного
транспорта

Липидные бислои в значительной степени непроницаемы для
подавляющего большинства веществ, и поэтому перенос через липидную
фазу требует значит
ельных энергетических затрат.

Различают
пассивный транспорт (диффузию),
активный транспорт

и
везикулярный транспорт
.

4
.1.
Пассивный транспорт



это
перенос молекул по
концентрационному или электрохимическому градиенту
, т.е. он
определяется только разност
ью концентраций переносимого вещества на
противоположных сторонах мембраны или направлением электрического
поля и осуществляется без затраты энергии АТФ. Возможны два типа
диффузии: простая и облегченная (рис
.
7
).


Рис.
7
.

Механизмы пассивного транспо
рта.


1.

Простая диффузия
. Происходит без участия мембранного белка.
Скорость простой диффузии хорошо описывается обычными законами
диффузии для веществ, растворимых в липидном бислое. Скорость движения
молекулы определяется концентрационным градиентом и р
астворимостью
молекулы в липидах. Механизм диффузии водорастворимых веществ менее
изучен. Перенос вещества через липидный бислой, например, таких
соединений, как этанол, возможен через временные поры в мембране,
образованные разрывами в липидном слое при д
вижении мембранных
липидов. В мембранах также существуют каналы, образованные белками,
через которые могут двигаться молекулы. По механизму простой диффузии
осуществляется трансмембранный перенос газов (например, О
2
, СО
2
,
N
2
,
метан), некоторых простых орга
нических ионов и ряда низкомолекулярных
жирорастворимых соединений. Простая диффузия осуществляется не

избирательно и отличается низкой скоростью. Транспорт воды через
мембрану простой диффузией происходит очень медленно. В тканях, где
необходим быстрый пе
ренос воды (почки), вода диффундирует через
специфические интегральные белки (аквапорины).

2.
Облегченная диффузия



движение молекул по градиенту
концентрации с использованием специфических мембранных белков
-
переносчиков. Следовательно, облегченная диффу
зия


это диффузионный
процесс, сопряженный с химической реакцией взаимодействия
транспортируемого вещества с белком
-
переносчиком. Этот процесс
специфичен и протекает с более высокой скоростью, чем простая диффузия.
Скорость переноса определяется концентра
ционным градиентом через
мембрану и количеством молекул переносчика.

Известны два типа мембранных транспортных белков: белки
-
переносчики, называемые
транслоказами

или
пермеазами
, и
каналообразующие

белки.


Для объяснения механизма

облегченной диффузии

используют

модель «пинг
-
понг». В этой модели, переносчик существует в 2
-
х конф
ормационных состояниях (рис
.

8
). В состоянии «понг» белок открыт на стороне высокой концентрации переносимого
вещества и связывает это вещество. Затем происходит изменение кон
формации («пинг») и
белок со связанным веществом открывается на сторону с низкой концентрацией
переносимого вещества.



Рис.
8
. Механизм «пинг
-
понг».

Транспортные белки имеют ряд свойств: обладают высокой
специфичностью и имеют участки связывания для тр
анспортируемой
молекулы; насыщаемы при высокой концентрации переносимого вещества;
ингибируются конкурентными и неконкурентными ингибиторами.

Облегченная диффузия обычно характерна для водорастворимых
веществ: углеводов, аминокислот, метаболически важных
органических
кислот, некоторых ионов. Путем облегченной диффузии осуществляется
также транспорт стероидных гормонов, ряда жирорастворимых витаминов и
других молекул этого класса. Практически направленные потоки веществ в
клетку путем простой и облегченной
диффузии никогда не прекращаются,
поскольку вещества, поступившие в клетку, вовлекаются в метаболические
превращения, а их убыль постоянно восполняется путем трансмембранного
переноса по градиенту концентрации.

4.2
.

Активный транспорт

-

транспорт веществ против градиента
концентрации (незаряженные частицы) ил
и электрохимического градиента
(для заряженных ча
с
тиц), требующий затрат энергии.

Известны три основных типа первичного активного транспорта:

1) Натрий
-
калиевый насос


Na
,
K
+
-
аденозинтрифосфатаза
(
Na
,
K
+
-
АТФ
-
аза) переносит ионы натрия из клетки, а калия


в клетку.

2) Кальциевый насос


Ca
2+
-
АТФ
-
аза, который транспортирует Са
2+

из
клетки или цитозоля в саркоплазматический ретикулум.

3)
Н
+
-
АТФ
-
аза


протонный насос, функционирующий в сопрягающих
мембранах, в том числе в митохондриальной мембране.

При наруше
нии снабжения АТФ активный транспорт останавливается.

Выделяют два вида

а
ктивного транспорта
: 1) первичный активный
транспорт использует энергию АТФ или окислительно
-
восстановительного
поте
н
циала; 2) при вторичном активном транспорте используют градиент
ио
нов (Н
+
, К
+
, Na
+
, и др.), созданный на мембране за счет работы системы
первичного активн
о
го транспорта.

Примером первичного активного транспорта является транспорт К
+

и

+

при участии Nа
+

+
-
АТФ
-
азы.
Клетка содержит низкую концентрацию
Na
+

(в 10 раз ниже
) и высокую концентрацию К
+
(в 30 раз выше), чем в
окружающей среде. Поэтому считают
, что Na
+

это внеклеточный кат
и
он, а К
+

-

внутриклеточный катион. Nа
+

+
-
АТФ
-
азы обеспечивают выведение 3
ионов Na
+

из клетки в обмен на введение в клетку двух ионов К
+

про
тив
градие
н
та концентрации с затратой 1 молекулы АТФ.

Описание химизма по
этапам
:

1) присоединение 3

Na
+

вызывает активацию АТФ
-
азы, т.е. происходит
гидролиз АТФ;

2) фосфорилирование фермента;

3) изменение его конформации с открытием канала снаружи;

4) уменьшение сродства к Na
+

и присоединение К
+

приводит к
дефосфорилиров
а
ни
ю фермента;

5) это и
з
меняет конформацию фермента с открытием канала изнутри;

6) снижение сродства к К
+

и выход его в цитозоль и вновь
присоед
и
нение АТФ и 3

Na
+

(сердечные гликозиды могут конкурировать с К
+

за места связывания и ингибируют Na
+

+
-
АТФ
-
азы).

Неравнозначный перенос заряженных ионов (частиц) через мембрану
вызывает ее поляризацию: появление "+" снаружи и "
-
" изнутри, поэтому

+
, К
+

насос называют элекрогенным.

Создаваемый градиент Nа
+

используется для
втори
ч
ного активного
транспорта

глюкозы в

клетки. Например, рассмотрим всасыв
а
ние глюкозы
из просвета кишечника.

1.

Переносчик глюкозы обеспечивает тран
с
порт глюкозы в цитозоль
энтероцита за счет входа в клетку ионов Na
+

под действием
электрохимического градиента (концентрация Na
+

высокая в прос
вете
к
и
шечника и низкая в цитозоле клеток).

2.

Глюкоза из клетки переходит во внеклеточную жидкость по
механизму облегченной диффузии. Скорость п
е
реноса глюкозы зависит от
величины градиента Na
+
: она увеличивается при п
о
вышении разности
концентраций Na
+

в

просвете кишечника и цитозоле энт
е
роцита.

3.

Na
+
, К
+
-
АТФаза поддерживает эту разность концентраций Na
+

за
счет его откачки в межклеточное пр
о
странство в обмен на К
+

с затратой
АТФ.

4.3. Виды переноса веществ через мембраны.
Согласованный
перенос двух в
еществ называют котранспортом: при симпорте имеет место
перенос обоих веществ в одном направлении, а при антипорте


в
противоположных н
а
правлениях

(рис.
6
.1
0
)
.




Рис.
9
.

Транспортные системы.

Унипорт



движение одного типа молекул в одном направлени
и.
Наиболее простой вид переноса какого
-
либо растворенного вещества с одной
стороны мембраны на другую, осуществляемый по механизму простой или
облегченной диффузии.

Котранспорт



вид транспорта, при котором перенос одного вещества
зависит от переноса дру
гого. Осуществляется с помощью транспортных
белков, которые имеют центры связывания для переноса обоих веществ.

Симпорт



перенос вещества зависит от одновременного (или
последовательного) переноса другого вещества в том же направлении.

Например, транспорт

протонов и сахаров у бактерий, транспорт
Na
+

и
глюкозы у животных.

Антипорт



перенос одного вещества по градиенту концентрации
приводит
к
перемещению другого вещества, присоединенного к этому
переносчику с другой сторон мембраны в противоположном направ
лении
против градиента концентрации.

4.4.
Транспорт макромолекул (везикулярный транс
порт)
.
Крупные
макромолекулы (белки, полисахариды и полинуклеотиды) даже крупные
частицы могут как поглощаться, так и секретироваться. При их переносе
происходит последовательное образование и слияние окруженных
мембраной пузырьков (везикул), т.е. перенос
веществ вместе с частью
плазматической мембраны.

Фагоцитоз

(от греч.
фагос



есть,
цитос



клетка) наблюдается в
специальных клетках (макрофагах и гранулоцитах). При фагоцитозе
происходит захват крупных молекул (вирусы, бактерии, клетки).
Пиноцитоз

(от гр
еч.
пинос



пить) характерен для всех клеток. Происходит захват
жидкости или растворенных компонентов. Пиноцитоз бывает
неизбирательный и селективный рецепторно
-
опосредованный. При
эндоцитоз
е

поглощенное вещество окружается небольшим участком
мембраны, ко
торый вначале впячивается, а затем отщепляется, образуя
внутриклеточный пузырек, содержащий захваченный клеткой материал.
Большинство частиц, поглощенных при эндоцитозе, попадает затем в
лизосомы, где они подвергаются деградации.

Вещества, высвобождаемые
путем экзоцитоза делят на 3 группы:
1)

вещества, связывающиеся с клеточной поверхностью как периферические
белки


антигены;
2)

вещества, включающиеся во внеклеточный матрикс


коллаген, гликозаминогликаны;
3)

вещества, входящие во внеклеточную
среду
,

как
сигнальные молекулы (инсулин, катехоламины, паратгормон) или
ферменты (экзокринные железы, эктоферменты).


6
.5
.

Состояние мембран и здоровье

1.
Мутации рецептора к инсулину или переносчиков глюкозы приводит
к развитию диабета, мутации ионных каналов


к па
тологии сердца и
нервной системы.


2. Неблагоприятные факторы внешней среды способны инициировать
процессы пероксидного окисления липидов мембран, что изменяет их
свойства и ведет к развитию болезне
й
.

3. Возраст, нарушения принципов здорового образа жизни
(гипокинезия, избыточное потребление легко усвояемых углеводов,
холестерола и насыщенных жирных кислот и др.) ведет к накоплению
холестерола в мембранах, что снижает их жидкостность и ведет к развитию
заболеваний атеросклеротической природы.

4. Опухолевая
трансформация клеток и инвазивность опухолей связаны
с повышением жидкостности мембран и приобретением клеток округлой
формы.

5
. Некоторые токсины действуют на ионные каналы.
Тетродотоксин

и
сакситоксин

являются ядами нервно
-
паралитического действия, котор
ые действуют на
Na
+

каналы мембран нейронов и нарушают образование потенциала.
Тетродотоксин

(
) продуцируется рыбами различных морей и океанов. Наиболее опасной
является рыба
-
собака, или тетродон, из семейства иглобрюховых (
Tetraodontidae)
отря
да
иглобрюхообразных (
Tetraodontiformes
). Тетрадотоксин содержится в органах и тканях
рыбы


печень, икра, молоки. В отличие от прочих рыбных ядов, тетродотоксин не
относится к белкам. В Японии эта рыба, называемая фугу
(род Spheroides),

высоко
ценится за
ее вкусовые качества, но ее приготовление разрешено только в
специализированных р
е
сторанах и только поварами, прошедшими особую подготовку.
Действие тетродотоксина в 10 раз сильнее действия знаменитого кураре, более чем в 400
раз


стрихнина, в 160

тыс. р
аз


кокаина. Благодаря своей способности избирательно
блокировать передачу нервного импульса, тетродотоксин является превосходным
обезболивающим средством. В растворимой форме тетродотоксин применяется в
медицине как анальгетик при невралгиях, артритах и
ревматизме. В Японии уже сейчас
продают тетродотоксин в качестве болеутоляющего. На Востоке давно применяют этот яд
для лечения астмы, головных болей, кашля, столбнячных судорог и даже некоторых
стадий проказы. Антидот против тетродотоксина неизвестен.
Сак
ситоксин

(
saxitoxin
)
продуцируется морскими динофлагеллятами
Gonyaulax
). Поступление с пищей устриц
или крабов, которые питаются динофлагеллятами
Gonyaulax
,

может быть фатальным.
Сами устрицы или крабы не чувствительны к сакситоксину, но они накапливают ег
о в
мышцах, которые станов
ятся опас
ными для остальных звеньев пищевой цепи.

Яд зеленой азиатской кобры, содержащий
дендротоксин

(
dendrotoxin
) ингибирует
K
+

каналы.
Тубокурарин

(
tubocurarine
), активный компонент кураре (используется в
качестве яда для стр
ел в Амазонке), и два токсина яда змей,
кобротоксин

(
cobrotoxin
, змеи
Naja naja atra) и
бунгаротоксин
(
bungarotoxin
, змеи Bungarus multicinctus), блокируют
рецепторы ацетилхолина и предотвращают открытие ионных к
а
налов. Блокируя передачу
сигналов от нервно
й системы к мышцам, эти токсины вызывают паралич и при высокой
концентрации возможна смерть. Тубокурарин используется при оперативных
вмешательствах и в травматологии, при которых требуется релаксация скелетных мышц
на период более 1 ч.

Из растений наперст
янка
(
Digitalis

purpurea
)
, ландыша, горицвета были получены
стероидные гликозиды, способные в малых дозах усиливать работу сердца. Эти препараты
дигиталиса впервые были применены в 1785 г. В. Витерингом. Гликозиды дигиталиса
ингибируют
Na
+
,
K
+
-
АТФ
-
азу, что
повышает концентрацию ионов натрия в цитозоле
кардиомиоцитов. Ослабление натриевого градиента на мембране (натрий


внеклеточный
катион) уменьшает выход кальция посредством натрий
-
кальциевого обмена. В результате
повышается внутриклеточная концентрация ион
ов кальция, которые усиливают
сокращение сердечной мышцы.


Приложенные файлы

  • pdf 23702461
    Размер файла: 603 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий