Токсикология
Рис. 6.5. Схема переноса ионов и молекул через плазматическую мембрану
жүктеу/скачать 4.36 Mb. Pdf көрінісі
|
| Рис. 6.5. Схема переноса ионов и молекул через плазматическую мембрану:
1 – простая диффузия; 2 – облегченная диффузия; 3 – каналообразующий белок; 4 – белок-переносчик Диффузия представляет собой движение молекул или ионов из об- ласти более высокой концентрации или электрического заряда в область низкой концентрации или заряда («под гору»). Скорость диффузии (СД), согласно закону Фика, определяется по уравнению СД = 𝐾 𝐴(𝐶 1 −𝐶 2 ) 𝑑 , (6.1) где К – коэффициент диффузии данного соединения; А – площадь мем- браны; (С 1 - С 2 ) – градиент концентрации по обе стороны мембраны; d – толщина мембраны. Коэффициент диффузии токсиканта зависит от его молекулярной массы, степени растворимости в липидах и ионизации, а также от про- странственной конфигурации молекулы. Крупные молекулы, например молекулы белков, проникают сквозь эти мембраны через крупные щели или путем пиноцитоза. При этом мембрана образует выпячивания и как бы полностью обволакивает всю молекулу токсиканта, которая оказыва- ется внутри клетки. 110 Транспорт второго типа связан с определенными структурами не- которых участков мембраны, которые обеспечивают веществам более ин- тенсивную диффузию. Транспортируемая молекула обратимо соединяется с носителем в мембране, который свободно движется (осциллирует) меж- ду ее внутренней и наружной поверхностями. Примером является транс- порт глюкозы в эритроцитах человека. Третий тип трансмембранного транспорта связан с потреблением энергии, которая образуется в результате метаболизма (расщепления) АТФ в самой мембране (при участии ферментов-катализаторов). При этом так называемом активном транспорте молекула вещества соединяется с носителем, который претерпевает определенные химиче- ские превращения. Данный тип трансмембранного транспорта характе- рен для веществ, нерастворимых в липидах. Так транспортируются мно- гие органические молекулы (сахара, аминокислоты и др.). Также приме- рами могут служить процессы транспорта ионов калия в клетках млеко- питающих, всасывание и выведение веществ в ионизированной форме по- чечными канальцами и пр. В качестве носителей обычно служат фермен- ты, например, калий- и натрийзависимая аденозинтрифосфатаза, обеспе- чивающая активный транспорт этих ионов. Существует группа ксенобиотиков, названная ионофорами, способ- ных изменять барьерную функцию мембран и переносить через них тыся- чи ионов в секунду. Ионофоры вырабатываются определенными микроор- ганизмами, использующими их в борьбе за существование с другими формами жизни. Транспорт четвертого типа относится к виду диффузии через по- ры, в стенках которых есть положительно заряженные частицы, пропус- кающие только анионы. Однако существуют каналы, пропускающие не- электролиты, о максимальной величине их можно судить по размерам са- мой крупной молекулы, которую они способны пропускать. Например, мембраны почечных клубочков человека в норме способны пропускать все молекулы, меньшие, чем молекулы альбумина. Таким образом, транс- порт данного типа осуществляется по принципу фильтрации. Существует несколько механизмов повреждения биомембран, среди которых наиболее существенными являются следующие: разрушение собственной фосфолипазой, активируемой ионами Са 2+ ; перекисное окисление, активируемое ионами Fe 2+ , УФО и кислоро- дом; механическое повреждение, проявляющееся, например, при измене- нии осмотического давления в клетке; разрушающее действие антител. 111 Три первые «болезни» мембран (кальциевая, перекисная и осмоти- ческая) относятся как к клеточным (цитоплазматическим), так и к внутри- клеточным мембранам (митохондрии, эндоплазматический ретикулум, ядерная мембрана и др.). Четвертая «болезнь», иммунологическая, отно- сится преимущественно к клеточной мембране. При острых отравлениях наиболее распространенной причиной повреждения является перекисное окисление липидов в мембранах митохондрий, липосом и т. д., в результа- те чего происходит увеличение проницаемости мембран для ионов, в пер- вую очередь гидроксильных (Н + и ОН - ), затем K + , Na + , Ca 2+ . Следствием этого могут быть осмотические эффекты и разрывы мембран с выходом ферментов, в частности цитохрома С, что при дальнейшем развитии ин- токсикации ведет к полному разрушению мембран и гибели клетки. В зависимости от воздействующей концентрации и химической при- роды мембранотоксинов они могут вызывать изменения одних биомем- бран в большей степени, чем других, что связано с разной устойчивостью различных биомембран к токсическим веществам. Таким образом, повреждение мембранных структур происходит по универсальным механизмам, которые приводят к изменению их прони- цаемости для ионов, что, в свою очередь, обусловлено изменением по- верхностного заряда на мембране и изменением степени гидрофобности липидной фазы мембран. Оба этих фактора действуют одновременно, хо- тя их относительный вклад в итоговое изменение проницаемости биомем- бран в разных случаях различен. Они же, в конечном счете, определяют неспецифическое действие на проницаемость мембран различных соеди- нений, например таких, как стероиды (вещества животногоили раститель- ногопроисхождения, обладающие высокой биологической активностью, особенностью строения которых является наличие конденсированной тет- рациклической системы), белки и многие другие природные соединения. жүктеу/скачать 4.36 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|