Транспорт веществ через биологические мембраны.
Биологические структуры относятся к открытым термодинамическим системам, постоянно обменивающимся в течение жизни с окружающей средой не только энергией, но и веществом. Роль биологических мембран – сопряжение и регуляция потоков энергии, вызывающих и сопровождающих процесс транспорта. Поэтому транспорт веществ через биологические мембраны – необходимое условие для существования жизни. Нарушение мембранного транспорта ведет к возникновению различного типа клеточных дисфункций и патологий.
Химический потенциал данного вещества μk – это величина, численно равная энергии Гиббса, приходящаяся на 1 моль вещества. Математически химический потенциал определяется как частная производная от энергии Гиббса G по количеству k – го вещества, при постоянстве температуры Т, давления Р и количества всех других веществ ml (l ≠ k):
μk = (dG/dmk)P,T,m.
Для разбавленного раствора концентрации вещества С:
μ = μо + R ∙ T ∙ ln C,
где: μо – стандартный химический потенциал, численно равный химическому потенциалу данного вещества при его концентрации в растворе 1 моль/л.
Электрохимический потенциал μ – величина, численно равная энергии Гиббса G на один моль данного вещества, помещенного в электрическое поле. Для разбавленных растворов
μ = μо + R ∙ T ∙ ln C + Z ∙ F ∙ φ,
где: F = 96486,7 Кл/моль – число Фарадея, Z – заряд иона электролита, φ – потенциал электрического поля, Т – температура.
Существует несколько классификаций видов транспорта:
1.Относительно затрат энергии в процессе переноса веществ транспорт делят на активный и пассивный. Активный транспорт осуществляется с затратой энергии (за счёт гидролиза АТФ) и против градиента концентрации (иногда данный вид транспорта называют первично – активным).
Если же перенос веществ обеспечивает энергия, обусловленная градиентом других ионов, такой транспорт называют сопряженным (иногда используется термин вторично – активный транспорт).
Пассивный транспорт осуществляется без затраты энергии, протекает самопроизвольно и по градиенту концентрации. Градиент в процессе пассивного транспорта снижается.
2.Относительно сопряженности переноса веществ через мембрану выделяют:
Унипорт: перенос данного вещества (иона) не зависит от наличия и переноса других веществ и котранспорт: перенос данного вещества (иона) зависит от наличия и переноса других веществ. В этом случае скорость суммарного процесса контролируется наличием и доступностью для систем переноса обоих партнеров транспортного процесса (рис. 5.1).
Котранспорт относительно направления подразделяют на симпорт и антипорт. При симпорте осуществляется однонаправленный и одновременный транспорт, а при антипорте – одновременный, но разнонаправленный перенос веществ.
Рис. 5.1. Виды транспорта.
3.Специфические механизмы переноса веществ, связанные с нарушением структурной целостности мембраны: эндоцитоз и экзоцитоз – важнейшие процессы жизнедеятельности клетки, механизмы высвобождения медиатора в синаптическую щель, фагоцитоз лейкоцитов и др.