ВИТАМИНЫ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

Смотрите также:

Медицинская библиотека

Производство витаминов

Витамины для здоровья

АВИТАМИНОЗ и гипоавитоминоз...

Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы

Биология

Авитаминоз

признаки недостаточности витаминов

Уход за больными

Медицинская энциклопедия

Медицинский справочник

Судебная медицина

Физиология человека

Биогеронтология – старение и долголетие

Биология продолжительности жизни

Внутренние болезни

Внутренние болезни

Болезни желудка и кишечника

Болезни кровообращения

Болезни нервной системы

Инфекционные болезни

Гинекология

Микробиология

Палеопатология – болезни древних людей

Психология

Общая биология

Ревматические болезни

Лечебное питание

Лекарственные растения

Валеология

Естествознание

История медицины

Медицина в зеркале истории

Биографии врачей, биологов, ботаников

Пособие по биологии

ЧТО ТАКОЕ МЕМБРАНОЛОГИЯ

Итак мы видим, что мембраны играют чрезвычайно важную роль в деятельности клетки в целом и ее отдельных органелл. Мембраны, образующие эндоплазматическую сеть с сидящими на них рибосомами, — это изумительно тонко и слаженпо работающие химические комбинаты, производящие белки.

Митохондриальные мембраны — важнейший структурный компонент исключительно эффективно работающих силовых подстанций клетки, в которых энергия пищевых веществ трансформируется в формы, удобные для ее использования в организме. Мембраны играют очень важную роль в деятельности ферментов. Один ферменты активны только, находясь в составе мембран, будучи с ними связаны, другие, напротив, в этом состоянии неактивны и начинают действовать лишь после того, как отделяются от мембрану. Наружная мембрана клеткн — ее ворота, избирательно пропускающие одни вещества и непроходимые для других. Этим она регулирует химический состав клетки и процессы, в ней совершающиеся. Наружная мембрана устроена таким образом, что дает клетке возможность «узнавать» себе подобных, вступать с ними в контакт, «обмениваться» информацией. Мембраны некоторых видов клеток, кроме этих общих функций, выполняют еще и специализированную работу, например, в нервных клетках они генерируют нервные импульсы, в сетчатке глаза — превращают световую энергию в электрическую.

Все биологические мембраны, независимо от различных их специализированных функций, построепы в основном из двух классов химических соединений — белков и лпнпдоп. Последние представлены в мембранах преимущественно особым подклассом этих соединений, отличающихся от простых липидон (пейтральных жиров) тем, что в составе их молекул, кроме остатков глицерина и жирных кислот, имеются остатки некоторых азотсодержащих соединений и фосфорной кислоты. Это — так называемые фосфолиппдм (фосфатиды).

За последние 10 лет выяснилось, что разные виды мембран отличаются качественными и количественными особенностями липидяои и белковой фракций и своими ферментными ансамблями. Интерес к проблеме биомембран сейчас так велик, что за последние годы сформировалась особая отрасль молекулярной биологии — мембра- нология.

Детали конструкции мембран являются предметом исследований, проводимых во многих лабораториях мира. До недавнего времени господствовала схема, согласно которой биомембрана представляет собой нечто вроде сэндвича — состоит из двойного слоя липидов, с обеих сторон покрытого слоями белка, па подобие двух бутербродов, обращенных друг к другу маслом (двойной ли- пидный слой) и кнаружи — хлебом (белковый слой), причем слои белков и лшшдов представляли себе как совершенно однородные. В последние годы, в результате изучения мембран с помощью более совершенных электронных микроскопов, стали отдавать предпочтение теории так называемого мозаичного их строения. В этой теории в качестве основы биомембран также принимается двойной липидный слой, но в связи с тем, что в него внедрены белковые глобулы, он представляется пе сплошным, а прерывистым. Часть из них адсорбирована на липидном слое, часть в него встроена, часть — полностью пронизывает липидную мембрану.

Различают два способа прохождения веществ через мембраны: пассивный и активный транспорт. Для рассмотрения этих явлений необходимо предварительно напомнить о таких двух явлениях, как диффузия и осмос.

Для молекул жидкостей и газов характерна тенденция диффундировать, то есть перемещаться во всех направлениях до тех пор, пока они не распределятся равномерно по всему доступному им пространству. Диффузия — это распространение молекул из области более высокой их концентрации в область концентрации более низкой. Молекулы, из которых построены любые вещества, включая твердые тела, находятся в состоянии постоянного хаотического движения. Основное различие между тремя состояниями вещества — твердым, жидким и газообразным — определяется степенью свободы движения сто молекул. В твердом теле молекулы упакованы сравнительно плотно, силы притяжения между ними хотя н позволяют им совершать колебаппя, но пе допускают свободного иередипженнн. жидкостях расстояния между молекулами Полине, силы межмолекулнрного притяжения слабее н молекулы имеют значительную свободу передвижении. И газах молекулы удалены друг от друга так сильпо, что межмолекулмрные силы чрезвычайно слабы н свободу передвижении молекул ограничивают только внешние препятствии.

Пассивное прохождение (пассивный транспорт) веществ через биомембраны зависит прежде всего от того, способны ли его молекулы, находящиеся в постоянном движении, проникать через мельчайшие поры, обнаруженные в некоторых мембранах, диффундировать через них. Биомембраны характеризуются избирательной проницаемостью, они, как нередко говорят, являются полупроницаемыми: через них проходят молекулы одних веществ и не проходят молекулы других. Диффузия через полупроницаемые мембраны называется осмосом. Способность молекул диффундировать через полупроницаемые белково-липидные мембраны зависит прежде всего от размеров этих молекул и растворимости вещества в липи- дах. К пассивному переносу через мембраны способны молекулы сравнительно небольшие и растворимые в ли- пидах.

В последние годы открыт целый класс веществ, которые, соединяясь с ионами, нерастворимыми в липидах, образуют с ними комплексы, растворимые в липидах и способствуют прохождению ионов через мембраны.

Биологически важным является не пассивный, а так называемый активный транспорт, то есть переход иопов и молекул различных веществ через мембраны против градиента концентрации — из области низкой концентрации туда, где она выше. Этот процесс принципиально отличается от обычной диффузии. Благодаря ему клетка способна накапливать такие концентрации некоторых веществ, которые во много раз превышают их концентрацию во внеклеточной среде. Например, концентрация калия в эритроцитах в 20 раз выше, чем в жидкой части (плазме) крови, а концентрация натрия, напротив, в 20 раз ниже. Совершенно очевидно, что здесь работает биологический насос, который против градиентов концентрации пакачи- вает калий в клетки и откачивает из них натрий. Концентрация йода в клетках щитовидной железы в сотни раз выше, чем в крови, приносящей йод к железе. Активный перенос веществ идет не только через плазматические мембраны, окружающие клетки, но и внутри клетки, через мембраны ее органелл. Например, изолированные митохондрии путем акгнвпого переноса могут накапливать ионы кальция и фосфора до концентраций, в 1000 раз превышающих их содержание в среде.

Разность концентраций веществ по обе стороны мембраны клетки или клеточной органсллы имеет колоссальное биологическое значение, она лежит в основе бесчисленного числа проявлений жизнедеятельности, в основе самых разнообразных физиологических процессов. Например, разность концентраций ионов кали^ и натрия внутри и вне клеток нервной системы — причина возникновения разности потенциалов, тех электрических явлений, которые лежат в основе способности нервной клетки к проведению нервного возбуждения. Путем активного переноса различпых веществ клетки обеспечивают себя материалами, необходимыми им для выполнения специализированных функций. В щитовидной железе вырабатывается гормон, совершенно необходимый для жизни — тироксин. В составе молекулы тироксина имеются атомы йода. И клетки железы активно извлекают из крови йод, необходимый им для синтеза гормона.

Процессы активного переноса требуют затраты энергии, и в их основе лежат описанные выше ферментативные процессы. Источником энергии для них служат процессы окислительного фосфорилирования и гликолиза. При подавлении активности ферментов, катализирующих эти процессы, активный транспорт замедляется или прекращается.

Процессы активного транспорта очень сложны для изучения, так как они протекают в белково-липидпых средах (мембранах), в которых чрезвычайно трудно прослеживать течение химических реакций. В изданном в 1973 г. руководстве по молекулярной биологии С. Е. Бреслера подчеркнуто, что до сих пор не известен ни один случай активного транспорта, который был бы изучен до конца и для которого можно было бы написать подробную схему процесса.

Биологические мембраны, как видно из всего сказанного, являются главным структурным компонентом цитоплазмы. В них сосредоточены основные системы превращения энергии и они осуществляют процессы регуляции в клетке. В результате реакций, протекающих в биологических мембранах, осуществляются всасывание питательных веществ, выход из клеток и их органелл синтезируемых в них веществ и продуктов обмена, окислительное фосфорилирование, генерация нервного импульса, аккумуляция световой энергии при фотосинтезе и многие другие важнейшие биологические процессы.

К содержанию книги: Значение витаминов для организма