Ионные градиенты

Протонный насос представляет собой значительно более сложную систему по сравнению с ионными насосами, описанными ранее. Его физиологическая функция заключается не в ионном транспорте, а, наоборот, в использовании ионного градиента для синтеза АТР — наиболее важного энергетического источника клетки. Митохондриальная электронная транспортная цепь, сопряженная с дыхательной цепью, генерирует необходимый градиент протонов. Некоторые микроорганизмы в качестве источника энергии вместо дыхания используют свет (см. ниже). [c.179]

Сопряженное окисление связано с переходом свободной энергии, выделяющейся в процессе биологического окисления, в доступную для использования форму энергии макроэргические связи АТФ или другие виды энергии, например ионный градиент. Различают такие виды сопряженного окисления, как субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование. [c.46]

Рис. 12-31. Градиент напряжения вызывает прохождение тока через щелевые контакты и таким образом создает ионный градиент в сопряженных клетках. Согласно этой чисто гипотетической схеме, ионный градиент позволяет сопряженным клеткам определять свое относительное положение в эмбриональной закладке.

Условием равновесия в растворе электролита следует считать отсутствие в нем, во всех его участках, достаточно больших, по сравнению с размерами ионов, градиентов факторов интенсивности, т. е. [c.102]

На ранней стадии процесса диффузии скорость движения одного из ионов обычно выше, чем другого. Это вызывает появление градиента потенциала дц>/дх, который будет стремиться выравнять скорости движения ионов. Градиент потенциала сначала растет, а затем, когда скорости движения уравняются, становится постоянным. Следовательно, в стационарном состоянии диффузии Шк = Юа и из уравнений скоростей движения ионов получаем [c.127]

Транспорт аминокислот через клеточные мембраны осуществляется в основном по механизму вторично-активного транспорта. В этом случае система активного транспорта приводится в действие не путем прямого гидролиза АТФ, а за счет энергии, запасенной в ионных градиентах. Перенос аминокислот внутрь клеток осуществляется чаще всего как симпорт аминокислот и ионов натрия, подобно механизму симпорта сахаров и ионов натрия. Энергия АТФ затрачивается на выкачивание Ка /К -АТФ-азой ионов натрия из клетки, создания электрохимического градиента на мембране, энергия которого опосредованно обеспечивает транспорт аминокислот в клетку. Известен ряд сходных по строению транспортных систем (транслоказ), специфичных к транспорту аминокислот нейтральных аминокислот с небольшой боковой цепью, нейтральных аминокислот с объемным боковым радикалом кислых аминокислот, основных аминокислот, пролина. Эти системы, связывая ионы натрия, индуцируют переход белка-переносчика в состояние с сильно увеличенным сродством к аминокислоте Ка" стремится к транспорту в клетку по градиенту концентрации и одновременно переносит внутрь клетки молекулы аминокислоты. Чем выще градиент Na , тем выше скорость всасывания аминокислот, которые конкурируют друг с другом за соответствующие участки связывания в транслоказе. [c.366]

Вторая из основных проблем ионной адаптации связана с тем, что существуют качественные различия в ионном составе клетки и внешней среды. Таким образом, поддержание ионных градиентов носит частично избирательный характер. Клетка не только должна быть в состоянии удерживать большие количества ионов от уравновешивания с внешней средой, но она должна также обладать регуляторными системами, способными точно распознавать различные ионы и обращаться с ними по-разному. Это дает основание думать, что механизмы, ответственные за ионную регуляцию, имеют ряд общих черт с ферментативными механизмами, стабилизирующими концентрации субстратов, так как последние механизмы тоже обнаруживают ту строгую специфичность, которая необходима для тонкого избирательного регулирования концентраций и состава различных веществ. [c.123]

Мембрана клетки призвана осуществлять и транспортную функцию, регулируя потоки питательных веществ внутрь клетки и продуктов метаболизма из клетки. Обычно бактерии имеют большое количество специфических транспортных систем. Транспорт — интегральная часть общей биоэнергетики клетки, которая создает и использует различные ионные градиенты через ЦПМ для переноса веществ и формирования других необходимых клетке градиентов. [c.32]

Белки могут мобилизовать энергию ионных градиентов для выполнения полезной работы [43, 44] [c.166]

Активный ионный транспорт в нервной клетке имеет множество функций поддерживает мембранный потенциал возбудимой мембраны (натрий-калиевый насос), регулирует внутриклеточную концентрацию Са + ( a +,Mg2+-ATPaзa) и обеспечивает клетку энергией (РгАТРаза, протонный насос). Натрий-калиевый насос является электрогенным — на каждые три иона На+, транспортируемых наружу, направляются внутрь два иона К" " таким образом, при каледом цикле из клетки забирается по одному положительному заряду. АТР поставляет энергию для обеспечения активного транспорта (против ионного градиента), т. е. осуществляет связь между передачей импульса и метаболизмом нервной клетки. Система ионного транспорта включает АТРазу и ионофор — сложные мембранные белки. Один из белковых компонентов подвергается промежуточному фосфорили-рованию с помощью АТР. Гликозид дигиталиса и уабаин (стро- [c.184]

Мембранные аллостерические насосы, питаемые энергией гидролиза АТР, способны работать в обратном направлении и использовать энергию ионного градиента для синтеза АТР. В самом деле, как мы увидим в гл. 7, именно такой механизм мобилизует у животных энергию градиента протонов [Н ] (направленного поперек внутренней мембраны митохондрий) для синтеза большинства молекул АТР [c.167]

Как мы увидим позже, у многих бактерий АТР-синтетаза обращает свое действие при каждом переходе от аэробного метаболизма к анаэробному и обратно. Подобная обратимость свойственна и другим мембранным ферментам, сопрягающим перенос ионов с синтезом или гидролизом АТР. Папример, патрий-калиевый й кальциевый насосы (второй из них описан в гл. 6) гидролизуют АТР и используют высвобождаемую энергию для перекачки через мембрану определенных ионов (см. разд. 6.4.5). Если любой из этих насосов заставить работать в условиях необычно крутого градиента транспортируемых ионов, то он будет действовать в обратном направлении - синтезировать АТР из ADP и Pi, вместо того чтобы осуществлять гидролиз АТР. Таким образом, подобно АТР-синтетазе, эти насосы способны преобразовывать энергию, запасаемую в трансмембранном ионном градиенте, непосредственно в энергию фосфатных связей АТР. [c.450]

Мембранные аллостерические белки, используя энергию АТР, 4.2.4. могут служить молекулярными насосами 166 Белки могут мобилизовать энергию ионных градиентов для выполнения полезной работы 166 4.3. [c.510]

Если допустить, что белковые глобулы-каналы могут обладать функцией фоторецепции, световой сигнал должен изменять проводимость калиевого канала и нарушать протекание цикла. Действительно, во время создания повышенного ионного градиента световой импульс вызывает замедление этого процесса (выход градиента на пороговые значения за- [c.75]

Следует все же отметить, что речь идет о предельной концентрации для дрожжевых клеток. В клетках животных даже очень небольшие концентрации спирта вызывают нарушение деятельности поверхностных и иных мембран. Клетки теряют способность создавать ионные градиенты, генерировать нервные импульсы и т. д. Поэтому животные не могут воспользоваться некоторыми энергетическими преимуществами брожения еще и из-за устройства мембран своих клеток. Следовательно, процесс брожения все равно остается неприемлемым для животных. Поэтому достойна всяческого осуждения привычка иных гетеротрофов сохранять образующийся при брожении спирт и потреблять в чрезмерных количествах конечный продукт анаэробного катаболизма. [c.136]

Необходимость поддержания целостности поверхностных мембран, быстрого реагирования на их повреждение обусловливает развитие сигнальной системы, срабатывающей посредством нарушения ионного градиента. Ионный градиент — неравновесное распределение одновалентных катионов — в системе организмов (клетка — внешняя среда) активно поддерживается биохимическими лроцессами. Нарушение этого градиента, изменение внутриклеточной. концентрации одновалентных катионов активирует процессы синтеза биохимических компонентов мембраны. [c.232]

Клетки дифференцируются в соответствии с положением в ионном градиенте [c.218]

В работе [200] в РЭМ исследовали замороженные в гидратированном состоянии срезы, используя для получения изображения как просвечивающий режим, так и режим вторичной электронной эмиссии. Нарезанные при температуре 193 К срезы являются неровными, что отражает существование много- кратных изломов. Морфология искажается, и трудно распознать клеточные компоненты. В нарезанных при температуре 223 К срезах были видны основные клеточные фрагменты, в то время как срезы, нарезанные при температуре 243 К, были гладкими и плоскими, а основные компоненты клетки легко распознавались (рис. 12.12). Кроме того, в работах [200, 468] было достаточно убедительно показано, что известные ионные градиенты, создаваемые внутри систем in vitro, и концентрации электролита из систем in vivo сохраняются в замороженных в гидратированном состоянии средах, нарезанных при температурах от 233 до 244 К (рис. 12.13 и 12.14 и табл. 12.6). [c.312]

Активный гранспорт может осушествляться с помошью ионных градиентов 389 [c.513]

Диффузионные, или жидкостные потенциалы, а точнее, разности потенциалов, возникают в пограничной зоне между двумя разными соприкасающимися электролитами. Причина их появления кроется в различии подвижностей, или коэффициентов диффузии растворенных ионов. Градиенты концентраций, точнее градиенты активностей, да д существующие в пограничной зоне, порождают диффузию. Произведение В]даз1д (где В — коэффициент диффузии) для разных ионов в общем случае неодинаково. Поэтому при независимой диффузии заряды положительных и отрицательных ионов, переходящих границу, друг друга не компенсируют. Это значит, что при такой независимой диффузии через границу электролитов должен течь соответствующий электрический ток. Если внешнего тока в цепи нет, то на границе растворов в результате этого перемещения зарядов неизбежно возникает электрическое поле, которое затрудняет переход для одних ионов и облегчает его для других. Разность потенциалов принимает установившееся значение, когда скорости перехода положительных и отрицательных зарядов через границу в точности уравниваются. Тогда результирующий ток на границе становится равным нулю. Эта стационарная разность потенциалов и есть диффузионный потенциал бд. [c.70]

Конфигурацией внешних электронов иона Ре + является 3 , а термом основного состояния В этом ионе градиент поля в области ядра в основном определяется шестым электроном, спин которого антипараллелен спину остальных пяти электронов. Решение вопроса о том, на какой орбитали будет находиться этот электрон, связано со степенью отклонения симметрии кристаллического поля от кубической. В полях аксиальной или ромбической симметрии снимается вырождение в пределах -яйг -групп орбиталей, и за счет спин-орбитального взаимодействия происходит дальнейшее расщепление энергетических уровней, показанное на рис. 23. Относительная заселенность этих уровней определяет температурную зависимость квадрупольного расщепления. Ковалентное взаимодействие понижает величину квадрупольного расщепления вследствие расширения радиальной части волновой З -функции. Исходя из температурной зависимости квадрупольного расщепления с учетом спин-орбитального взаимодействия и ковалентного характера связей, Инголлс [89] приближенно рассчитал разность энергий расщепленных А -орбиталей в полях аксиальной и ромбической симметрии, а также волновые функции основного состояния для некоторых соединений железа(И) полученные результаты представлены в табл. 8. [c.280]

Здесь ге — заряд иона — градиент потенциала. Следова- [c.123]

Проблемы ионной адаптации связаны с двумя обстоятельствами. Существует прежде всего основная осмотическая проблема, касающаяся об1цей ионной концентрации внутриклеточной жидкости и окружающей среды. Концентрации неорганических ионов во внешней среде варьируют в пределах от нуля (для большинства наземных организмов) до величин, намного превосходящих внутриклеточный уровень (например, для многих морских рыб). Эти более или менее резкие ионные градиенты между организмом и средой порождают классическую проблему [c.122]

Ответ будет, разумеется, отрицательным. Если мы вспомним, какое множество физиологических и биохимических процессов требует определенного состава внутренней ионной среды, качественного и количественного, то мы поймем, с какими огромными трудностями столкнулись бы рыбы, попытавшиеся встать на путь осмотического конформизма. Так, например, многие ферменты (вероятно, большинство их) нуждаются в специфической ионной среде. Поэтому изменение внутриклеточных концентраций ионов потребовало бы перестройки множества белков. Нуклеиновым кислотам и содержащим их структурам, например рибосомам, тоже необходима специфическая ионная среда. Осмотический конформизм опять-таки требовал бы переконструирования сложных макромолекулярных ансамблей. Пожалуй, наиболее очевидные последствия касаются мембранных потенциалов. Ферменты, участвующие в поддержании ионных градиентов, приспособлены для оптимального функционирования лишь в узких пределах концентраций определенных ионов. Сколько-нибудь значительное повышение этих концентраций неблагоприятно сказалось бы на поддержании надлежащих трансмембранпых градиентов. [c.304]

Регенерация прядильной кислотой при низком содержании Н2504 должна быть лишь частью общей операции регенерации. Для сохранения концентрац-ионного градиента регенерирующей кислоты относительно концентрации Си2+ в гранулах ионита и для укорочения асимптотической кривой уменьшения концентрации кислоты и соответственно увеличения концентрации меди регенерация производится в две стадии. Первая стадия (промежуточная) включает предварительное фильтрование, тогда как вторая стадия регенерации производится при высоком содержании солей и выделяет оставшуюся часть меди полностью. Это ведет к укорочению регенерационного периода, как это видно а рис. 6. Продолжительность регенерации обычно равняется /з времени всего цикла при линейной скорости от 20 до 25 м/час. Свободная кислота нейтрализуется Си(ЫНз)2-комплексом до снижения остаточной концентрации серной кислоты до 1,2 г/л (90% использования). [c.360]

Опыт необходимо повторить при той же, что и выше концентрации НС1 по одну сторону от мембраны, но уже при 0,1 н. концентрации Na l в растворах по обеим сторонам от мембраны. Поток будет определяться путем измерения концентрации Н+ во времени. Требуется найти значение Dab Для НС1, которое можно ожидать при заданных условиях. Желательно получить лишь приближенный ответ растворы можно рассматривать как идеальные, а ионные градиенты — как линейные по отношению к расстоянию через пористый диск. [c.65]

Хорошим способом распознавания механизма кинетики является так называемый опыт с прерыванием если до того, как система достигнет состояния равновесия, прервать контакт между ионитом и раствором, а по истечении некоторого времени вновь соединить фазы, то скорость обмена в первый момент после соединения фаз останется неизменной при пленочной и возрастет при гелевой кинетике (рис. 80). Очевидно, что в первом случае градиент концентрации в ионите отсутствует с самого начала, в то время как во втором случае суш ествующие в ионите градиенты, а следовательно, и концентрация сорбируемого иона на периферии зерна за время отсутствия контакта успевают уменьшиться, так что скорость обмена после восстановления контакта будет соответствовать меньшей доле превраш ения, чем в момент перерыва. [c.262]

Разность потенциалов создает иониый градиент вдоль ряда клеток, связанных щелевыми контактами [c.218]

АТР и другие нугслеозидтрифосфаты - крайне важные, но не единственные источники энергии для белков, которые могут использовать ее для совершенггя полезной работы. Ионный градиент по обе стороны различных гслеточных мембран способен запасать и расходовать энергию подобно перепаду воды по разные стороны плотины. Например, созданный (Na , К )-зависимой АТРазой большой перепад концепт- [c.166]

Активный транснорт может осуществляться с помощью ионных градиентов [26] [c.389]

Многие системы активного транспорта приводятся в действие за счет энергии, запасенной в ионных градиентах, а не путем прямого гидролиза АТР. Все ионы работают как парные транспортеры одни функциони- [c.389]

У бактерий и растений большинство систем активного транспорта, приводяшихся в действие ионными градиентами, используют в качестве котранспортируемого иона Н", а не Na". В частности, активный транспорт большей части Сахаров и аминокислот в бактериальные клетки обусловлен градиентом Н" через плазматическую мембрану. Наиболее хорошо изученный пример гакого рода - переносчик лактозы (пермеаза). Этот трансмембранный белок, состоящий из одной полипептидной цепи (длиной около 400 аминокислотных остатков), но-видимому, пересекает липидный бислой по крайней мере девять раз. Он осуществляет Н"-зависимый симнорт с каждой транспортируемой в клетку молекулой лактозы переносится один протон. [c.391]

Вовлечение липидов мембран процессы перекисного окисления может привести к поражению мембраносвязаяных б дков и разнообразным деструктивным изменениям в мембранах нарушится проницаемость, сместятся ионные градиенты, ферменты выйдут из мест специфической локализации, например из лизосом, нарушится окислительное фосфорилирование. Деградация ядерной [c.129]

Одна из моделей с доказательствами ионных механизмов, ответственных за разряды мембраны нейронов моллюска, принадлежит Mee h (1978). Колебания потенциала у нейронов моллюска зависят от циклических отношений между входящими деполяризующими токами и выходящими гиперполяризующими. Колебания мембранного потенциала вызываются почти исключительно изменениями ионной проницаемости с небольшим участием (или без участия) активных насосных механизмов. Последние играют роль в поддержании ионных градиентов, ответственных за потоки ионов через селективные каналы. Экспериментально показано, что возможные флуктуации входящих и выходящих токов объясняются, по крайней мере, пятью компонентами это два входящих тока Na" или Са и три выходящих К -тока. [c.99]

Мы все больше узнаем о свойствах и природе веществ, модифицирующих проницаемость био-мембран. Все это так. Однако еще раз подчеркиваю — нам нужно понять, в силу каких причин в процессе эволюции возникли именно такие механизмы Один из возможных ответов гласит данное приспособление возникло как неизбежное следствие физических и (или) химических свойств веществ, вовлеченных в процесс эволюции. В духе такого ответа можно сказать, что ионные градиенты, противотер-модинамическая асимметрия ионов в системе клетка — внешняя среда возникли как неизбежное следствие образования биоде-тергентных мембран. Если в силу эволюционной необходимости в дискретности живого вещества появились мембраны, отграничивающие клетки от внешней среды, то вследствие физических и химических свойств этих мембран, их избирательной проницаемости возникла и ионная асимметрия. Ионная асимметрия оказалась весьма удачным показателем целостности клетки и в ходе дальнейшей эволюции смогла обеспечить реагирование клетки на внешние воздействия. [c.100]

Таким образом, и здесь кажется возможным обойтись чисто химическими, точнее биохимическими средствами. Однако можно поставить вопрос так. А нет ли каких-либо физических свойств, с неизбежностью проявляющихся при биохимических процессах, которые могли бы в ходе эволюции использоваться для дальнодействия при взаимодействии клеток в процессе морфогенеза На вопрос в такой постановке можно ответить определенно такие свойства есть — это электрические и акустические сигналы, неизбежно генерируемые клетками при протекании в них биохимических процессов. Генерация электрических сигналов — следствие изменения ионных градиентов и изменений конформаций -макромолекул, несущих заряженные группы. Акустические сигналы могут возникать вследствие конформационных изменений макромолекул и их ансамблей. В каждом ферментативном акте макромолекулы ферментов в большинстве случаев претерпевают циклические изменения конформации, сопровождающиеся изменением упаковки в системе макромолекула — вода, изменениями объема этой системы. Каждая макромолекула фермента в процессе катализа служит микрогенератором акустических сигналов. Взаимодействие одинаковых макромолекул, синхронизация их работы, может привести к генерации звуковой волны с частотой, определяемой числом оборотов фермента в каталитическом процессе. Таким образом, разнообразие и интенсивность работы ферментов в данный момент определяет частотный спектр [c.158]