Потоки ионов через клеточную мембрану

Проблемы, связанные с молекулярными основами превращений химической энергии АТФ в механическую энергию процессов сокращения и движения, чрезвычайно сложны [3, 15]. Это объясняется тем, что вне живого организма отсутствуют примеры непосредственного превращения химической энергии в механическую. Механическая работа может быть представлена сокращением мышц, а также движениями ресничек и жгутиков у простейших. Большинство клеток содержат сократительные нити (фибриллы), которые осуществляют организацию содержимого клетки, движение и перенос клеточных веществ, процессы клеточного деления и т. д. В качестве примера преобразования энергии АТФ в механическую работу можно привести процессы мышечного сокращения, связанные с использованием энергии АТФ [3, 15, 18], при этом важную функцию выполняют белковые компоненты мышечных клеток — комплекс миозина и актина, названный актомиозином. Актомиозин и его компонент миозин обладают АТФ-азной активностью, т. е. способны гидролизовать концевую фосфатную группу АТФ. Однако АТФ-азную активность актомиозина стимулируют ионы Mg +, а миозина — ионы Са +. Сигналом для сокращения мышц является электрический импульс, приходящий из двигательного нерва через нервномышечное соединение. До получения импульса по обе стороны мембраны (сарколемма) мышечной клетки поддерживается, разность потенциалов (с наружной стороны имеется избыточный положительный заряд). При распространении импульса по мембране разность потенциалов сразу исчезает. Считают, что это является результатом резкого повышения проницаемости мембраны для ионов К+, Na+ и Са2+ при этом направление потоков ионов вызывает разряд трансмембранного потенциала. После этого мембрана вновь возвращается в поляризованное состояние, а ионы Са + входят внутрь саркоплазматической сети мышечной клетки. Подобный перенос ионов Са + осуществляется за счет свободной энергии гидролиза АТФ (АТФ-азный кальциевый насос мембраны). Поставщиками АТФ в мышечных клетках служат как гликолиз, так и дыхание. Однако при нарушении этих процессов мышца (скелетная мышца позвоночных животных) при стимуляции продолжает сокращаться благодаря тому, что в ней содержится богатое энергией вещество — креатинфосфат (см. стр. 416), концентрация которого более чем в 4 раза превышает концентрацию АТФ. В мышце идет реакция [c.430]

Различная скорость диффузии ионов через клеточные мембраны—один из физических факторов, влияющих на избирательное проникновение и накопление элементов в растительных клетках, Диффузионное движение отдельных частиц из мест с высокой концентрацией в места с меньшей концентрацией образует диффузионный поток ] (в м7с), который пропорционален градиенту концентрации ДС (уменьшению концентрации на единицу длины Ах). Эта зависимость подчиняется закону Фика и выражается уравнением [c.95]

Рис. 4-37. Для внутриклеточного введения веществ, не проникающих через клеточную мембрану, используют три метода. А. Вещество в клетку вводят с помощью микропипетки за счет гидравлического давления порщня или электрического заряда вводимых молекул, вследствие чего вещество проникает в клетку в виде потока ионов (метод ионофореза). Б. Клеточная мембрана под действием короткого и мощного электрического разряда (2000 в/см в течение 200 мкс) нарушается, что обеспечивает вхождение в клетку определенных веществ. В. Использовано слияние мембран.

Для осуществления многих важных биологических процессов, в том числе передачи нервного импульса, необходимо постоянно поддерживать градиент концентраций ряда ионов по разные стороны мембран клеток, что требует затрат энергии. Так, например, концентрация ионов К внутри клетки примерно в 35 раз выше, чем вне ее, а концентрация ионов Ма во внеклеточной жидкости в 15 раз больше, чем внутри клетки. Постоянство электролитного состава внутри и вне клетки поддерживается за счет активного транспорта ионов через клеточные мембраны, обладающие высокоселективной ионной проницаемостью. Поток различных ионов строго регулируется специфическими транспортными системами, среди которых главная роль принадлежит так называемому тонному , или на-трий-калиевому насосу, который обозначают как (Ма , К )-насос. Он обеспечивает активный транспорт ионов К и Ма через клеточные мембраны с использованием энергии гидролиза АТФ. [c.446]

Хлор. В организме человека содержится примерно 100 г (2790 ммоль) хлора (мае. доля 0,15 %) (см. табл. 5.3). Хлорид-ионы играют важную биологическую роль. Они активируют некоторые ферменты, создают благоприятную среду для действия протолитических ферментов желудочного сока, обеспечивают ионные потоки через клеточные мембраны, участвуют в поддержании осмотического равновесия. [c.385]

Очищенные Nod-факторы в концентрации всего 10 —10" М инициируют ранние стадии формирования симбиоза скручивание корневых волосков, закладку клубеньковых меристем, а у некоторых бобовых (люцерна) — даже начальные стадии гистогенеза клубеньков. У Vi ia sativa уже 5—10 мин воздействия Nod-факторов достаточно для деформации корневых волосков, которая проявляется через 1 ч, а через 3 ч в восприимчивых зонах корня может деформироваться более половины волосков. Первыми биохимическими реакциями, которые вызывают Nod-факторы, являются деполяризация клеточной мембраны корневого волоска (происходит через 10 мин после инокуляции), а также модуляция ионных потоков в клетках эпидермиса. [c.169]

Пусть теперь внутри клетки имеется много свободных ионов какого-то элемента, например калия, а снаружи таких ионов нет или их гораздо меньше. Пусть клеточная мембрана пропускает только ионы и не пропускает никаких других ионов. Тогда ионы начнут выходить из клетки, где их много, наружу (двигаться по градиенту концентрации, диффундировать — все эти слова означают одно и то же). Вместе с ними будет выноситься наружу их положительный заряд. Внутрь через мембрану будет проходить мало ионов, так как снаружи мало калия. В реэультате на клеточной мембране будет возникать разность потенциалов снаружи клетки — плюс , а внутри — минус (рис. И). Эта разность потенциалов будет тормозить движение новых положительных заряженных ионов калия наружу и увеличивать поток этих ионов внутрь. Когда потоки ионов наружу и внутрь сравняются, установится динамическое равновесие и на мембране будет поддерживаться постоянная разность потенциалов. Это и есть потенциал покоя (ПП). Его величина описывается формулой Нернста (3.2). [c.61]

Биологические мембраны выполняют роль разделительных перегородок между отдельными отсеками клетки и лyлiaт биологическими барьерами, отделяющими содержимое клетки от внешней среды, что позволяет сохранять внутри нее требуемые условия. Через мембраны непрерывно идет транспортировка различных веществ и ионов, необходимых для жизнедеятельности клетки и ее органоидов. Биологические мембраны обладают избирательной гпроницаемостью для различных веществ, при этом направление и скорость их потоков строго регламентированы. В клеточных мем- бранах размещены высокочувствительные рецепторы, с помощью. которых обеспечивается определенная реакция клетки и организма на условия внешней среды. Биологические мембраны служат своеобразными матрицами, в которых локализованы постоянно функционирующие и чрезвычайно активные биохимические системы. В них с помощью множества мембранных ферментов ежесекундно как по поточным линиям движутся и подвергаются химическим превращениям вещества, а также ионы и электроны. Благодаря. этому мембраны являются необыкновенно эффективными биоэнер- [c.23]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология