Презентация, доклад на тему транспорт веществ

веществ через мембраны связаны процессы метаболизма клетки, биоэнергетические процессы, образование биопотенциалов, генерация нервного импульса и др.
Нарушение транспорта приводит к различным патологиям.
Лечение часто связано с проникновением лекарств через клеточные мембраны. Эффективность лекарственного препарата в значительной степени зависит от проницаемости для него мембраны.

Гиббса, приходящаяся на 1 моль этого вещества.
Электрохимический потенциал μ – величина, численно равная энергии Гиббса G на 1 моль данного вещества, помещенного в электрическом поле.
Для разбавленных растворов

где μ0- стандартный химический потенциал, численно равный химическому потенциалу данного вещества при его концентрации 1 моль/л, F = 96500 Кл/моль – число Фарадея, Z – заряд иона, T – температура (°Кельвина), φ - потенциал электрического поля.

мест с бόльшим значением электрохимического потенциала к местам с его меньшим значением.
Пассивный транспорт идет с уменьшением энергии Гиббса, поэтому идет самопроизвольно без затраты энергии.

направление пассивного транспорта

jm

μ1

μ2

μ1>μ2

– подвижность частиц, C – концентрация. Знак «минус» показывает, что перенос происходит в сторону убывания μ.

Плотность потока вещества – это величина, численно равная количеству вещества, перенесенного за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению переноса:

const):

Это уравнение Нернста-Планка.

Итак, могут быть 2 причины переноса вещества при пассивном транспорте:

1) градиент концентрации

2) градиент электрического потенциала

Знаки минусов перед градиентами показывают, что градиент концентрации вызывает перенос вещества от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией; а градиент электрического потенциала вызывает перенос положительных зарядов от мест с бόльшим к местам с меньшим потенциалом.

Теорелла переходит в уравнение

По соотношению Эйнштейна коэффициент диффузии D = URT.
В результате получаем уравнение, описывающее простую диффузию – закон Фика:

места с меньшей концентрацией вследствие хаотического теплового движения молекул.

Разновидности простой диффузии:
а) через липидный бислой,
б) через пору в липидном бислое,
в) через белковую пору.

вещества по закону Фика

где С1 – концентрация вещества в мембране около одной ее поверхности и С2 – около другой, l – толщина мембраны.

где Р – коэффициент проницаемости мембраны. Коэффициент проницаемости тем больше, чем больше коэффициент диффузии (чем меньше вязкость мембраны), чем тоньше мембрана (чем меньше l) и чем лучше вещество растворяется в мембране.

кислоты

Эфиры

соли

основания

сахара

аминокислоты

ионофоров ("носителей ионов").
Примеры - антибиотики валиномицин или грамицидин.
Молекулы таких проводников имеют форму баранки, радиус отверстия которой таков, что внутри баранки помещается ион калия, натрия или другого щелочного металла.

Схема работы переносчиков ионов - ионофоров: а - подвижный переносчик (валиномицин); б - перенос с помощью канала (грамицидин).

проходит сквозь мембрану бактерий, нарушая в них калиево-натриевый баланс. На этом и основывается антибактериальное действие вещества.

Именно исследования структуры антибиотика валиномицина, проведенные Шемякиным в 1960-х годах, показали, как он связывается с ионом калия, образуя природный комплекс типа «гость–хозяин».

с меньшей концентрацией. По-видимому, таким способом переносятся через мембрану молекулы аминокислот, сахаров и других биологически важных веществ.


Отличия облегченной диффузии от простой:
Скорость: транспорт вещества с участием переносчика происходит значительно быстрее.
Свойство насыщения: при увеличении концентрации с одной стороны мембраны плотность потока вещества возрастает лишь до некоторого предела, когда все молекулы переносчика уже заняты.

добавление одних веществ затрудняет транспорт других; так, из сахаров глюкоза переносится лучше, чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, т и.д.

4. Возможность блокировки: например, флоридзин конкурентно ингибирует транспорт глюкозы через мембрану, прочно соединяясь с молекулой переносчика (имеет структурное сходство с глюкозой).

Глюкоза

Скорость переноса при фильтрации подчиняется закону Пуазейля:

где

объемная скорость переноса раствора;
W – гидравлическое сопротивление;

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

и проницаемые для воды) из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией.
По сути дела, это простая диффузия воды.

гемолиз эритроцитов в гипотонических растворах.

с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его бόльшим значением.
Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, поэтому он не может идти самопроизвольно, а только в сопряжении с процессом гидролиза АТФ (с затратой энергии).

μ1>μ2

μ1

μ2

jm

направление активного транспорта

и т.п., которые поддерживают жизненные процессы.
С точки зрения термодинамики активный перенос удерживает организм в неравновесном состоянии: поддерживает жизнь.

Активный транспорт

Первично-активный

Вторично-активный

транспорт ионов может быть:
Электронейтральным (обмен внутриклеточных ионов на внеклеточные в соотношении «заряд на заряд»).
Электрогенным: если количество зарядов, переносимых в одном направлении в единицу времени, не компенсируется суммой зарядов, переносимых в противоположном направлении. При этом транспортный механизм непосредственно участвует в создании дополнительной разности потенциалов на мембране.

АТФазы).
3 типа электрогенных ионных насосов, осуществляющих активный перенос ионов через мембрану:

I – K+- Na+- АТФаза в цитоплазматических мембранах (K+- Na+- насос)
II – Ca2+- АТФаза (Ca2+- насос)
III – H+- АТФаза в энергосопрягающих мембранах митохондрий, хлоропластов (H+- насос, протонная помпа)

2 иона калия;
из клетки выкачиваются 3 иона натрия.
Таким образом создается повышенная по сравнению с межклеточной средой концентрация в клетке ионов калия и пониженная - натрия, что имеет огромное физиологическое значение.

внутренней поверхности мембраны;
связывание комплексом 3-х ионов натрия;
фосфорилирование фермента с образованием АДФ;
переворот (флип-флоп) фермента внутри мембраны;
реакция ионного обмена натрия на калий, происходящая на внешней поверхности мембраны;
обратный переворот ферментного комплекса с переносом ионов калия внутрь клетки;
возвращение фермента в исходное состояние с освобождением ионов калия и неорганического фосфата.

желудка транспортирует ион водорода Н+ из цитоплазмы в полость желудка через апикальную мембрану  в обмен на ион калия К+, который она переносит внутрь клетки. При этом оба катиона транспортируются против электрохимического градиента, а источником энергии для этого транспорта служит гидролиз молекулы АТФ. 
Одновременно с протонами водорода в просвет желудка  против электрохимического градиента переносятся анионы хлора Cl-.

Входящие в клетку ионы К+ покидают ее по градиенту концентрации вместе с ионами Cl- через апикальную мембрану обкладочных клеток. Таким образом, в просвет желудка при участии протонной помпы выделяется соляная кислота в виде ионов Н+ и Cl-.

за счет энергии градиента концентрации и/или мембранного потенциала другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта.
В мембране должен быть специфический переносчик.
В клетках животных основным источником энергии для вторичного активного транспорта служит энергия градиента концентрации ионов натрия, который создается за счет работы Na+/K+ — АТФазы.

переносчиком.
Результат: накопление ионов за счет изменения мембранного потенциала.

Антипорт
встречный перенос ионов с участием одноместной молекулы-переносчика. Мембранный потенциал при этом не меняется. Движущей силой является разность концентраций одного из переносимых ионов.

Симпорт
совместный однонаправленный перенос ионов с участием двухместного переносчика. Например, катион и анион – при этом МП не изменяется, движущая сила – разность концентраций одного из ионов.