Биологиялық мембрана арқылы жүретін зат тасымалы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: Биологиялық мембрана арқылы зат тасымалы. Белсенді емес және белсенді тасымал.

Мақсаты: Белсенді және белсенді емес тасымалының механизмін оқып үйрену. Тасымал түрлерінің функциясын түсіну және оны зерттеудің әдістемесімен танысу. Берілген тақырыпқа байланысты есептер әдістемесін меңгеру.

Оқыту міндеттері:

Адам ағзасында өтіп жатқан процесстерді түсіндіруде физико-химиялық заңдарды қолдануды үйрету
Студенттерде логикалық ойлауды, негізделген ойлар мен тұжырымдарды қалыптастыру.

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

Биологиялық мембрана арқылы жүретін зат тасымалы.
Тасымал түрлері.
Белсенді емес тасымал.
Диффузия
Фик теңдеуі
Мембрана арқылы жүретін иондық тасымал
Нернст - Планк теңдеуі.
Белсенді тасымал
Иондар тасымалы.
Заттардың каналдармен иондық тасымалдануы.
Бірінші - активті, екінші - активті (түйіндес) тасымалдану.

Қысқаша теория

Нерв импульстарын жүргізу, бұлшықеттің жиырылуы, АТФ синтезі т. б. үрдістер мембрана арқылы жүретін зат тасымалына байланысты. Биологиялық жүйелердегі бұл үрдісті тасымал деген атқа ие болды. Жасушаға немесе одан қоршаған ерітіндіге заттың орын ауыстыру «белсенді» немесе «белседі емес» түрде жүретін күрделі үрдіс болып табылады. Концентрация градиенті бойымен көп шамадан аз шамаға зат тасымалының жүруі «белсенді емес» болады. Егер зат тасымалы электрохимиялық потенциалдың кемуімен, яғни энергияны қажет етпейтін болса, онда тасымал белсенді емес деп атайды. Оның диффузия, фильтрлеу (сүзгілеу) және осмос деген түрлері бар. Диффузия көмегімен жасушаға оттегі молекуласының және көмірқышқыл газының ерітінділері, сонымен қатар улы заттар мен дәрілік препараттар өтеді (электр өрісі тарапынан әсер ететін күштер бағытының, концентрациясы аз жаққа заттың орын ауыстыруы) . Сүзгілеуде қысымның аз мәндер жағына саңылаулар арқылы заттардың өтуі жүреді, мысалы, ағзада қан тамырларының қабырғалары арқылы суды тасымалдау, бүйректегі каналдарға қан плазмасын айдап шығару болып табылады. Осмос дегеніміз жартылай өткізетін мембрана арқылы аз концентрациялы алабтан жоғары алабқа су молекуласының тасымалдануын айтамыз.

Мембрана арқылы өтетін белсенді емес тасымалдың жалпы классификациясына қарапайым диффузия, саңылаулар арқылы өтетін диффузия және тасымалдаушылар арқылы жүретін диффузия кіреді. Диффузия көмегімен жасушаға оттегі молекуласының және көмірқышқыл газының ерітінділері, сонымен қатар улы заттар мен дәрілік препараттар өтеді. Белсенді емес тасымал әртүрлі градиенттермен негізделген. Ондай градиенттерге мыналар жатады:

Концентрациялық градиент жасушада және қоршаған сұйықтықта концентрациялары әртүрлі кезде жүретін зат тасымалына негізделген.
Осмостық градиент, ол биологиялық жүйелер үшін өте маңызды жасуша ішінде және оның сыртындағы осмостық қысымның әртүрлі болуынан пайда болады.
Мембраналық градиент, ол төмен молекулалы жақсы және жаман - жоғары молекулалы иондарды өкізетін жартылай өткізетін мембрана болғанда пайда болады. Содан егер мембрананың бір жағында төмен молекулалы иондар бар боса, онда олардың мембрананың екі жағында бірқлапты таралуы мүмкін емес.
Еріту градиенті, ол екі араласпаған фазалар шекарасында, яғни берілген зат бұл фазаларда бірдей емес еріткіштікке ие болмаса пайда болады. Жасуша қабықшасын екі араласпаған фазалардан тұратын: тұзды сумен қоршалған липидті және ақуызды жүйе ретінде қарастырылады. Кез келген суда және майда ерітілген зат Нернст теңдеуіне сәйкес таралады. Осы заңға байланысты екі тепе теңдікдіктегі сұйық фазалардағы заттардың концентрацияларының қатынасы әрбір берілген температурада оның әртүрлі концентрациялардағы (С) тұрақты шамасы болып табылады:, мұндағы К тұрақтысы таралу коэффициенті деп аталады, және С1, және С2шамаларындағы айырмашылық полярлы және полярлы емес ерітініділердегі заттың еріткіштігінің әртүрлілігімен түсіндіріледі. Егер зат бұл фазада аз еритін болса, онда таралу коэффициенті әрбір фазадағы ерітілген заттың еріткіштерінің қатынасына жуық немесе тең болады.
Электрохимиялық градент электрохимиялық потенциалдардың айырмасына негізделген. Бұл градиент бойынша иондардың қозғалысы концентрация градиентіне қарсы немесе эектрлік потенциалдың градиентіне қарсы болған жағдайда олар орын ауыстырады, себебі электрохимиялық потенциал градиенті химиялық және электрлік эффектілердің қосындысы болып табылады.

Жасушаға кіретін зат молекулаларының құрылысы мен физико химиялық қасиеттерінің әртүрлілігіне қарамай негізінде: 1) жасушалық мембрананың липидтерінде өтетін заттардың еріткіштігінің есебінен және 2) жасушалық мембрананы тесіп өтетін субмикроскопиялық саңылаулар арқылы және цитоплазма мен жасушаның құрылымдық түзілістерін сыртқы ортамен және бір бірімен қосатын заттардың өтуінен олар екі жолмен енеді. Бірінші өту тәсілі суда ерімейтін органикалық қосылыстар үшін орындалса, ал екіншісі суда еритін заттардың молекулаларына және иондарға тән.

Жасушалық мембрана арқылы ерітілген заттардың тасымалы әртүрлі механизмдер, әсіресе диффузия арқылы жүзеге асады. Егер концентрация градиенті және еріткіш ағынымен зат қозғалатын болса, онда бұл диффузия қарапайым деп аталады. Диффузия жылдамдығы Фик теңдеуімен анықталады, онда жылдамдық ұзындық немесе концентрация градиенті бірлігіндегі заттың концентрациясының өзгерісіне пропорционал: , мұндағы j-зат ағыны, -мембрана қалыңдығы. Өтімділік коэффициенті деген шама ендіреміз: . Содан мынаны аламыз: . Бұл мембрана арқылы өтетін белсенді емес зат тасымалына арналған Фик теңдеуі болып табылады. Заттың өтімділігі басқа градиент бар болғанда концентрациялық градиентке қарсы бағытта жүруі мүмкін.

Липидтік биқабат арқылы қарапайым диффузияның көмегімен иондар тасымалы жүреді. Б о р н формуласы бойынша диэлектрик өтімділігі 80 болатын ерітіндіден ионның бір молін диэлектрик өтімділігі 2-ге тең мембранаға өткізу үшін потенциалды тосқауылды жеңу керек. Потенциалдық тосқауылдың формуласы мына түрде беріледі: , мұндағы z -бірлік элементар зарядтағы ионның заряды; N _A - Авогадро саны; - электр тұрақтысы; r- ионның радиусы. Таралу коэффициенті мембранадағы n _М иондар санының сұйық фазадағы п _су иондар санына қатынасымен, яғни Больцман формуласымен анықталады: , мұндағы R Т- жылу тербелістерінің энергиясы ( R - универсаль газ тұрақтысы, Т - температура) .

Тірі жасушаларда мембрана арқылы тек қарапайым диффузия жолымен зат тасымалы жүрмейді. Эволюция үрдісінде кейбір заттар үшін арнайы мембраналық каалдар және мембраналық тасымалдаушылар пайда болды, олар тасымалдың жылдамдығын арттырады және селективті (таңдамалы) тасымалды жүзеге асырады. Тасымалдаушылар көмегімен белсенді емес зат тасымалын жеңілдетілген диффузия деп атйды.

Зат концентрациясы және электр потенциалы өзгерген жағдайда стандартты химиялық потенциал да өзгереді. Сонда зат ағыны үшін теңдеу (Теор е л л теңдеуі) мынадай болады: , мұндағы заттың мольдік санына тең ағынның тығыздығы, концентрация, потенциал градиенті. Егер теңдеуге температураны электрохимиялық потенциал үшін енгізсек: , мұндағы ерітінді константасы, абсолют температура, ион заряды, Фарадей саны, потенциал. Стандартты химиялық потенциал заттың және ерітіндінің табиғатына тәуелді. Егер қарастырып отырған диффузия алабында заттың химиялық өзгеруі болмай және ерітінділер бірдей болса, онда . Бұл жағдайда Теорелл теңдеуі Hepнст-Планктың электродиффузиялық теңдеуімен теңеледі:

Ағзаның сыртқы ортамен химиялық байланысы дененің сыртын қаптап тұратын эпителиаль жасушалары арқылы жүзеге асады.

Эпителий жасушалары әртүрлі заттардың активті және белсенді емес транспорты жүзеге асатын көп мембраналы жүйелерді көрсетеді.

Активті тасымалдану.

Тірі жасуша жеке заттардың өтімділік жылдамдығын, әсіресе жасушалық алмасуға кіретін физиологиялық маңызды заттарды белсенді, таңдамалы түрде арттыру қабілеттілігіне ие. Белсенді тасымал - концентрация градиентіне қарсы тасымал болғандықтан бір мезгілде таңдамалы тасымал да болып табылады, сондықтан қоршаған ортадан жасушаның өмір сүруі үшін керекті заттар осы жолмен жұтылады.

Мембрана арқылы қарастырылған бөлшектердің тасымалында электрохимиялық потенциал кеми отырып, жүреді. Бірақ та ағзада нейтрал бөлшектердің немесе иондардың тасымалынан жүйенің электрохимиялық потенциалы артып отыратын үрдіс үнемі байқалады. Мысалы, жасушада калий иондарының концентрациясы жасушааралық ортадан қарағанда жоғары болса, ал натрий иондарының концентрациясы керісінше төмен. Қарама қарсы бағытталған калий концентрациясының гардиентінің жоғары болуы электр потенциалының градиентін қолдайды және Нернст теңдеуімен анықталатын тепе - теңдік жағдайына бағынады:

, мұндағы потенциал, R-газ тұрақтысы, T- температура, заттың сыртқы, ішкі концентрациялары.

Электр потенциалының градиентінің бағыты натрий иондары жасушааралық ортаға қарағанда жасушада орналасу анағұрым тиімді екенін көрсетеді. Жасушадан натрий иондарын өздігімен алып кету мүмкін емес, ол тек энергияның келу есебінен жүзеге асады.

Мембрананың өтімділігі әртүрлі заттар үшін липидтердің зарядталған бастарында туындайтын, мембранаға көбінесе теріс заряд беретін беттік зарядқа тәуелді. Бұдан мембрана-су шекарасында сол белгідегі фазааралық потенциал, мембранадағы заряд туындайды. Потенциалдың бұл шамасы мембрана мен ионды байланыстыратын үрдістерде үлкен роль атқарады.

Егер мембранада иондық каналдар бар болса, иондардың тасымал жыдамдығы анағұрлым артады. Әсіресе калий, натрий, кальций каналдары кең таралған.

Сонымен қатар иондық каналдар селективті қасиетке ие болады, яғни әртүрлі иондар үшін өтімділігінің шамасы әртүрлі болады. Әрбір канал ионның тек бір түрін ғана тасымалдайды, мысалы, натрий каналы - натрий иондарын, калий каналы - калий иондарын. Катионды канал арқылы аниондар өте алмайды немесе керісінше. Негізгі ион сияқты сол белгідегі иондар үшін канал абсолютті селективтілікке ие бола алмайды, өзі сияқты белгідегі басқа иондар үшін каналдың өткізгіштігі төмен, бірақ нолден өзгеше болады. Натрий және калий иондарының концентрация градиентін ұстап тұру натрий-калий насосының (Na ⁺ , K ⁺ -наcocы) жұмысымен қамтамасыз етіледі.

Ол аденозинтрифосфаттар (АТФтар) ферменттері сияқты жұмыс жасайтын мембраналық ақуыздардан тұрады. Осы ферменттердің жұмысы АТФты АДФке және бейорганикалық фосфатты қармап алу болып табылады.

Ыдырау үрдісі электрохимиялық потенциал арта отырып, иондар тасымалына жұмсалатын энергияның бөлінуімен жүреді. АТФ-ты қармап алуы Na ⁺ және К ⁺ иондарымен белсендіріледі және Mg ²⁺ болуына байланысты. Натрий-калий насосы жасушадан сыртқа натрийдың үш ионын жасушаға калийдің екі ионын ауыстыра отырып тасымалдайды, онда АТФ бір молекуласының энергиясы жұмсалады.

1сурет. Na, K-нacocында а - жасуша ішіне; б - жасуша сыртына иондар байланысының екі конформациясы.

Белсенді тасымал тек қандай да бір заттың АТФ гидролизі реакциясымен тасымалының түйінділу есебінен мүмкін болады. АТФ энергиясы тасымалдаушы ақуыздың конформациясын өзгертуге жұмсалады, ол өз кезегінде сол немесе басқа ионның ұқсастығын (байланысу тұрақтысын) өзгертеді. Жасушада Na ⁺ тасымалдаушысының К ⁺ -ге қарағанда байланысу тұрақтысы жоғары. Сол себептен жасушада натрий иондары ақуызбен байланысады және жасушаның сыртқы ортасына қарай тасымалданады. Осы заттардың ортадан жасушаға қарай концентрация градиентіне қарсы өтуі тасымалдаушыларға негізделген Na ⁺ белсенді тасымалына тәуелді. Егер осы заттардың орта мен жасуша арасындағы концентрациясының айырымы артатын болса, онда белгілі бір анықталған шегіне жеткенде олардың жасушаға өтімділік жылдамдығы соған сәйкес артпайды. Ал егер мембрананың екі жағындағы электрлік потенциал бірдей болса, онда белсенді тасымалдар жүйесінен түзілген иондар ағыны мына теңдеумен сипатталады:

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.