Системная реабилитология - [188]

Наряду с простой диффузией, имеет место движение веществ через мембрану с помощью облегченной диффузии. Облегченная диффузия происходит при участии специфических белковых молекул-переносчиков. Скорость облегченной диффузии лимитируется количеством транспортных белковых молекул и их подвижностью в пределах мембраны. Этот вид мембранного транспорта имеет более высокую скорость в сравнении с простой диффузией. Перенос веществ через мембрану с помощью облегченной диффузии обусловлен строением переносимых молекул, которые связываются с белком-переносчиком. Ингибиторы способны подавлять этот вид транспорта. Для облегченной диффузии характерна специфичность белков-переносчиков к типу молекулы переносимого вещества и количеством транспортных белков в мембране клетки. Например, перенос глюкозы или аминокислот осуществляется строго специфичными белками-переносчиками (ГЛЮТ 1, 2, 3, 5, 6), поэтому скорость трансмембранного переноса глюкозы в этом случае зависит от ее концентрации в крови.

Исключение составляют клетки мышечной и жировой ткани, где облегченная диффузия регулируется инсулином (гормон поджелудочной железы) — инсулинзависимые ткани. При отсутствии инсулина цитоплазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, так как она не содержит белки-транспортеры. В этих тканях ГЛЮТ 4 находятся в цитозольных везикулах, и их транслокация (перемещение) на мембрану клеток возможна лишь после взаимодействия инсулина с инсулиновым рецептором.

Вещества, которые транспортируются через мембрану одним и тем же белком-переносчиком. конкурируют за переносчик {явление конкуренции). Если все белки-переносчики заняты транспортируемыми молекулами или ионами, то увеличение градиента концентрации вещества по обе стороны мембраны не приведет к росту диффузии — явление насыщения.

Первично-активный транспорт. Перенос ионов через клеточную мембрану может происходить против их градиента концентрации за счет энергии макроэргических соединений (АТФ). Транспорт ионов через мембрану возбудимых клеток против концентрационного градиента, обусловленный функцией транспортных АТФаз называется первично активным. Первично активный транспорт характерен для переноса через мембрану возбудимых клеток ионов Na⁺, К⁺ или Са²⁺. Транспортные АТФазы — это интегральный тип белков клеточной мембраны, поэтому ионы могут активно транспортироваться, например, из внеклеточной среды в цитоплазму (ионы К⁺) или наоборот (ионы Na⁺). В клетках возбудимых тканей первично активный транспорт осуществляется с помощью трех типов АТФаз: натрий-калиевой, кальциевой и протонной помпы. Функция этого насоса заключается в поддержании градиента концентрации ионов Na⁺ и К⁺ между цитозолем клетки и внеклеточной средой.

Транспорт ионов Са¹* через мембрану. В мембране саркоплазмати-ческого ретикулума всех типов мышечных клеток локализована Са²⁺-АТФаза. Функция этого насоса заключается в поддержании низкой концентрации ионов кальция в цитоплазме мышечных клеток за счет депонирования ионов в саркоплазматический ретикулум. Поддержание низкой концентрации ионов Са²⁺ в саркоплазме является основным условием расслабления мышечных клеток (менее 10~⁷ моль/л, против 10~³—10~² моль/л в ретикулу-ме). Са⁺⁺-АТФ-аза функционирует следующим образом. В присутствии АТФ после присоединения со стороны цитоплазмы иона кальция к кальций-связывающему участку Са²⁺-АТФаза фермент изменяет свою конфор-мацию, и область связывания ионов Са²⁺ оказывается внутри саркоплаз-матического ретикулума. При этом сродство ионов к Са²⁺-АТФазе уменьшается, и ионы Са²⁺ высвобождаются во внутриретикулярное пространство. Под действием ионов Mg²⁺ саркоплазматического ретикулума фермент Са²⁺-АТФаза дефосфорилируется и кальций-связывающий участок вновь оказывается снаружи мембраны. В такой последовательности повторяется цикл работы кальциевого насоса. В саркоплазме мышечных клеток ионы кальция принимают участие в механизме мышечного сокращения либо выполняют функцию вторичного посредника (описаны ниже).

Транспорт протонов через мембрану. Протонная помпа (Н⁺-АТФаза) транспортирует протоны через внутренние мембраны митохондрий. Протонная помпа в митохондриях увеличивает градиент электрохимического потенциала ионов водорода на мембране до порогового или критического уровня, который необходим для синтеза АТФ. Протонная помпа увеличивает электрическую и концентрационную составляющую электрохимического потенциала на мембране митохондрий.

Вторично-активный транспорт —активный транспорт веществ через мембрану клеток против их концентрационного градиента, если эквивалентное количество энергии высвобождается в результате движения другого вещества по его концентрационному градиенту. Этот вид трансмембранного транспорта называется вторично активным. Вторично активный транспорт называется также сопряженным транспортом, поскольку более одного вещества транспортируется через мембрану клетки с помощью интегрального белка-переносчика. При этом виде транспорта молекулы веществ конкурируют между собой за белок-переносчик. Например, если вещество А равномерно распределено по обе стороны мембраны, а вещество Б создает более высокую концентрацию по одну стороны мембраны, то конкуренция вещества Б за переносчик по сравнению с веществом А будет тем больше, чем выше будет градиент концентрации вещества Б. При этом, если белок-переносчик переносит две субстанции, то это называется