Транспорт веществ в клетку

Для того чтобы экзогенный субстрат мог быть использован клеткой, он должен пройти через ее пограничные слои. Клеточная стенка не служит существенной преградой для небольших молекул и ионов, но она задерживает макромолекулы. Пограничным слоем, который отвечает за транспорт питательных веществ внутрь клетки, является цитоплазматическая мембрана.

Цитоплазматическая мембрана представляет собой трехслойную структуру, состоящую из двойного слоя липидов, слоя белков и углеводов.

Липиды представлены моно-, ди- и триглицеридами, глицерофосфатидами, стеринами.

Природа белков известна хуже, но, вероятно, в их состав входят ферменты, принимающие участие в усвоении сахаров и аминокислот.

Основным компонентом углеводов являются мукополисахариды, которые связаны либо с липидами, либо с белками.

Наличие у липидов двух частей ^__ гидрофобной (углеводородные радикалы, неполярные хвосты) и гидрофильной (остатки фосфорной кислоты, полярные головки), определяет их способность образовывать мембраны. Если липиды находятся в воде и концентрация их невелика, то они в виде капелек (мицелл) образуют мономолекулярный слой, в котором гидрофобные участки молекул обращены наружу, к воздуху, а гидрофильные ^__ в воду. Если же концентрация липидов высокая, то мицеллы образуют двойной плоский слой, где гидрофобные участки расположены друг против друга (хвост к хвосту). Липиды взаимодействуют с белками и углеводами полярными группами.

В течение длительного времени господствовала «бутербродная» модель строения мембран, в соответствии с которой наружные слои представлены белками, а внутренний ^__ двойным липидным слоем.

Позже стали допускать, что наружный слой состоит из мукополисахаридов.

В настоящее время придерживаются так называемой «мозаичной» модели строения мембран (рис.7). В двойной слой липидов встроены интегральные белки, которые «плавают» в этом слое, будучи погружены в него частично, или же пронизывают его насквозь. Другие белки (периферические) прикреплены к поверхности мембраны.

Мембрану следует представлять себе как очень мягкое, пластичное, почти жидкое образование, что определяется жирнокислотным составом углеводородных цепей липидов. Чем больше в составе фосфолипидов мембран ненасыщенных жирных кислот, тем выше скорость поступления веществ в клетку.

Как уже было сказано выше, основная функция мембран ^__ обеспечение поступления веществ из среды в клетку и из клетки наружу. Различают следующие виды транспорта веществ через мембрану (рис.8).

Простая диффузия ^__ растворенное вещество из области большей концентрации поступает в область меньшей (т.е. по градиенту концентраций) до выравнивания концентраций по обе стороны перегородки. Скорость перемещения невелика, затраты энергии отсутствуют. Проникновение неспецифическое, зависит от величины молекул, степени их липофильности (степени сродства к липидам).

Простой диффузией в клетку проникают, по-видимому, яды, ингибиторы и другие чужеродные клетке вещества.

Облегченная диффузия (пассивный транспорт) ^__ вещество проникает по градиенту концентраций (из более концентрированной области в менее концентрированную), но с большей скоростью, чем при простой диффузии, затрат энергии нет. Перенос идет с помощью транспортных белков–переносчиков ^__ пермеаз. Они обладают высокой избирательностью. Переносят гидрофильные вещества (сахара, аминокислоты, ионы К, Са, Nа).

Простой и облегченной диффузией можно обеспечить только транспорт, но не накопление веществ в клетке. Для осуществления последнего используется активный транспорт.

Активный транспорт ^__ поступление вещества идет против градиента концентраций (т.е. из области меньших концентраций в большую) с затратами энергии и при участии пермеаз.

Транспорт веществ с участием переносчиков зависит от присутствия других веществ, которые также переносятся через мембрану.

Различают следующие типы активного транспорта (рис.9):

юнипорт (унипорт) ^__ молекулы транспортируемых веществ или ионы металлов переносятся через мембрану независимо от наличия и переноса других соединений;

симпорт ^__ перенос идет одновременно и в одном направлении с другими соединениями;

антипорт ^__ транспорт обусловлен одновременным и противоположно направленным переносом другого соединения.