Калий перенос через мембрану

Помимо прикладного значения результаты количественного анализа весьма важны при исследованиях в области химии, биохимии, биологии, геологии и других наук. В качестве доказательства рассмотрим несколько примеров. Представления о механизме большинства химических реакций получены из кинетических данных, причем контроль за скоростью исчезновения реагирующих веществ или появления продуктов реакции осуществлялся при помощи количественного определения компонентов реакции. Известно, что механизм передачи нервных импульсов у животных и сокращение или расслабление мышц включают перенос ионов натрия и калия через мембраны это открытие было сделано благодаря измерениям концентрации ионов по обе стороны мембран. Для изучения механизма переноса кислорода и углекислого газа в крови понадобились методы непрерывного контроля концентрации этих и других соединений в живом организме. Исследование поведения полупроводников потребовало развития методов количественного определения примесей в чистых кремнии и германии в интервале 10 —10-1"%. Пд содержанию различных микровключений в образцах обсидиана можно установить их происхождение это дало возможность археологам проследить древние торговые пути по орудиям труда и оружию, изготовленным из этого материала. В ряде случаев количественный анализ поверхностных слоев почв позволил геологам обнаружить громадные залежи руд на значительной глубине. Количественный анализ ничтожных количеств проб, взятых с произведений искусства, дал в руки историков ключ к разгадке материалов и техники работы художников прошлого, а также важный способ обнаружения подделок. [c.12]

Насос — это особый белок-переносчик, локализующийся в мембране таким образом, что он пронизывает всю ее толщу (рис. 5.21). С внутренней стороны мембраны к нему поступают натрий и АТФ, а с наружной — калий. Перенос натрия и калия через мембрану совершается в результате конформационных изменений, которые претерпевает этот белок. Обратите внимание, что на каждые два поглощенных иона калия из клетки выводится три иона натрия. Вследствие этого содержимое клетки становится более отрицательным по отношению к внешней среде, и между двумя сторонами мембран возникает разность потенциалов. Это ограничивает поступление в клетку отрицательно заряженных ионов (анионов), например хлорид-ионов. Именно данным обстоятельством объясняется тот факт, что концентрация хлорид-ионов в эритроцитах ниже, чем в плазме крови (рис. 5.20), хотя эти ионы могут поступать в клет- [c.190]

Различают активный и пассивный перенос (транспорт) нейтральных молекул и ионов через биомембраны. Активный транспорт происходит при затрате химической энергии за счет гидролиза АТФ или переноса электрона по дыхательной цепи митохондрий. Пассивный транспорт не связан с затратой клеткой химической энергии он осуществляется в результате диффузии веществ в сторону меньшего электрохимического потенциала (рис. 48). Примером активного транспорта может служить перенос ионов калия и натрия через цитоплазматические мембраны (К" — внутрь клетки, а Ыа" — из нее), перенос кальция через мембраны саркоплазматического ретикулума скелетных и сердечной мышц внутрь пузырьков ретикулума, перенос ионов водорода через мембраны митохондрий из матрикса наружу. Все эти процессы происходят за счет энергии гидролиза АТФ и осуществляются особыми ферментами — транспортными АТФ-азами (рис. 49). Наиболее известный пример пассивного транспорта — это движение ионов натрия и калия через цитоплазматическую мембрану нервных волокон при распространении потенциала действия. Впрочем, и в покоящейся клетке существует утечка ионов через мембраны, обусловленная их проницаемостью проницаемость обычно возрастает при патологии. [c.122]

Эпштейн и Хаген [38] использовали концепции классической кинетики ферментов для анализа поглощения рубидия отрезанными корнями ячменя. Оказалось, что калий конкурентно ингибирует поглощение рубидия, тогда как натрий при низких и умеренных концентрациях не оказывает такого эффекта. На основании этого и ряда других фактов было сделано предположение, что переносчик, локализованный в мембране, обратимо соединяется с ионом на внешней стороне мембраны, а образующийся комплекс переносчик — ион проходит через мембрану (которая считается очень слабо проницаемой для свободных ионов), после чего благодаря химическому изменению молекулы переносчика ион освобождается во внутренний отсек или пространство. Ион теперь не может вернуться обратно во внешний раствор, во-первых, из-за непроницаемости мембраны и, во-вторых, из-за отсутствия сродства иона к переносчику, который на внутренней стороне мембраны имеет иную конфигурацию. В действительности переносчик, по-видимому, действует циклически, как транспортный фермент. В процессе переноса химическим или конформационным изменениям подвергается активный агент (переносчик), а не субстрат, на который он действует (ион). Можно предположить несколько иной механизм, который мы не способны были бы отличить от только что описанного он состоит в следующем. Мембрану можно рассматривать как макромолекулу, первоначально связывающую субстрат(ион)в участке своей поверхности, обращенной к внешнему раствору. Транспортирующий фермент перемещает ион [c.265]

В методе электролиза с ионообменной мембраной перенос тока через нее осуществляется преимущественно катионами ионами натрия или калия. Это позволяет получать в катодном пространстве чистую щелочь и ограничить потери выхода по току из-за переноса ионов 0Н в анодное пространство. Чем выше селективность мембраны, тем выше выход по току. [c.161]

Разность концентраций калия и натрия внутри и вне клетки возникает в результате избирательной проницаемости клеточной мембраны по отношению к катионам К+ и Ма+. Перенос ионов через мембрану осуществляется двумя способами 1) облегченной диффузией 2) активным транспортом. [c.277]

В силу особенности своего химического строения валиномицин, во-первых способен образовывать комплекс с ионами калия, попадающими внутрь молекулы-манжетки, и, во-вторых, валиномицин растворим в липидной фазе мембраны, так как снаружи его молекула неполярна. Молекулы валиномицина, оказавшиеся у поверхности мембраны, могут захватывать из окружающего раствора ионы калия (рис. 2.7). Диффундируя в мембране, молекулы переносят калий через мембрану, и некоторые из них отдают ионы в раствор по другую сторону мембраны. Таким образом и происходит перенос иона калия через мембрану валиномицином. [c.39]

Разумеется, перенос калия валиномицином может происходить через мембрану и в одну и в другую сторону. Поэтому, если концентрации калия по обе стороны мембраны одинаковы, поток калия в одну сторону будет такой же, что и в другую, и в результате переноса калия через мембрану не будет. Но если с одной стороны концентрация калия больше, чем с другой ([К+] > [К+]2), то здесь ионы будут чаще захватываться молекулами переносчика, чем с другой стороны, и поток калия в сторону уменьшения [К ] будет больше, чем в противоположную. [c.40]

Градиент концентрации хлорида калия на гептановой мем--/(717 1 создается ступенчатым тит-" рованием раствора, находящегося в стеклянной кювете с вращающейся магнитной мешалкой. Увеличение и уменьшение концентрации электролита с одной стороны мембраны, содержащей валиномицин, сопровождается генерацией разности потенциалов на мембране. Знак минус возникает с той ее стороны, где концентрация хлорида калия больше. Это свидетельствует о переносе катионов через мембрану, модифицированную антибиотиком. (В контрольных экспериментах с мембранами из чистого растворителя этот эффект не наблюдается.) [c.272]

Некоторые циклические лиганды ( крауны , т. е. короны ) обладают способностью соединяться с ионами щелочных металлов за счет ион-дипольных взаимодействий. Такие лиганды, называемые также ионофорами, в настоящее время хорошо изучены. К ним относится, например, антибиотик валиномицин (полипептидного типа), молекула которого представляет собой почти плоское кольцо Его диаметр соответствует размерам иона калия (негидратирован-ного). Поэтому валиномицин связывает ионы калия (но не натрия) и может перемещаться с ними как одно целое. Такие комплексы способны переходить через липидно-белковые слои и, следовательно, валиномицин может обеспечить специфический перенос ионов калия через мембраны. Это имеет существенное значение в механизме действия антибиотиков. Ионы других щелочных металлов связываются валиномицином в меньшей степени. Антибиотик грамицидин может переносить и ионы калия, и ионы натрия. [c.153]

Поглощение катионов двухвалентных металлов сопровождается выделением эквивалентного количества протонов из мембраны, так что фактически мембрана (ее связывающие единицы) обменивают протоны на катионы металлов. Перенос ионов приводит к проникновению воды, и митохондрия набухает набухания не происходит, если ионы связываются неорганическим фосфатом и образуют осадок. Одновалентные ионы калия и натрия способны и пассивна проникать во внутреннее пространство, если имеются анионы и субстрат этот процесс также ведет к набуханию митохондрии. В процессе переноса через мембрану, например, аниона фосфорной кислоты, он прежде чем войти в белково-липидный слой мембраны, превращается в нейтральную частицу (лучшая растворимость в липидной среде). По этой причине протоны вместе с анионами также переносятся из внешней во внутреннюю зону. Работа митохондрий по созданиго макроэргических связей не ограничивается образованием только АТФ первичные продукты деятельности аппарата сопряжения, поставляющие активные богатые энергией вещества и для транслоказы, и для образования НАДФ-Нг, и для синтеза АТФ, мало исследованы, хотя работы по их изучению ведутся интенсивно. [c.390]

Криптанды в большей степени, чем краун-эфиры, обладают способностью проявлять пики селективности (например, криптанд [2,2,2] особенно селективен к катиону калия), поскольку они имеют хорошо выраженную полость. В то же время процессы образования и распада комплексов металлов с этими бициклическими соединениями сильно заторможены, так как должны сопровождаться существенной конформационной перестройкой молекулы лиганда. В связи с этим при осуществлении экстракционного процесса в неравновесных условиях (например, при переносе через экстракционные мембраны) зачастую происходит резкое снижение селективности экстрагента [51, 52]. [c.168]

Внутренняя мембрана митохондрий обладает специфической проницаемостью для различных катионов и анионов. Это свойство делает митохондрии удобной моделью для изучения переноса веществ через биологические мембраны. Изолированные митохондрии содержат значительные количества катионов и анионов, причем количественно преобладает катион калия. При инкубации митохондрий в бескалиевой среде с помощью специального электрода удобно изучать основные закономерности переноса заряженной частицы через мембрану. [c.442]

Ионы щелочных металлов (Na , К )- Натрий распределен в основном снаружи, а калий - внутри клетки. Оба катиона вносят вклад в поддержание осмотического давления, передачу нервных импульсов, активный перенос сахаридов и аминокислот. Катионы Na" " и К , представляющие собой сильные кислоты, образуют комплексы с лигандами, содержащими донорные атомы кислорода (эти лиганды являются сильными основаниями). Но в живых системах эти ионы переносятся свободно, поскольку in vivo взаимодействие ионов с лигандами сравнительно слабое. Роль антибиотиков-ионофоров в активном переносе ионов через клеточные мембраны, например, в избирательном переносе натрия и калия при возбуждении мембран нервных клеток или [c.269]

Различие в токсичности связано с изменением концентрации мест связывания токсина рецепторами мембран, имеется несколько типов участков связывания, что может влиять на степень резистентности насекомого. Происходят последовательные патологические изменения отделение клеток кишечника от мембраны, увеличение секреторной активности эпителиальных клеток кишечника, проницаемости для ионов натрия, увеличение концентрации в гемолимфе ионов калия, паралич кишечника и общий паралич. Исследован процесс переноса эндотоксина из кишечника в гемоцель, его влияние на мембраны везикул. Эндотоксин действует как разобщитель процессов окислительного фосфорилирования и дыхания, нарушает метоболизм в кишечных тканях, транспорт ионов через мембрану. [c.393]

Классический вариант электродиализа с катионо- (С) и анионообменными ( ) мембранами показан на фиг 1. По этой технологии через электродиализный пакет может пропускаться сыворотка с любой концентрацией твердых веществ, начиная от растворов с естественной концентрацией 6% и до растворов, содержащих более 40-50% твердых веществ. Удаление из сыворотки ионизованных компонентов достигается переносом ионов как через анионообменные, так и катионообменные мембраны. Одновалентные ионы, в основном хлориды калия и натрия, по- идимому, более подвижны, чем двухвалентные соли, и удаляются легче. Многовалентные соли, главным образом фосфаты кальция, по-видимому, значительно менее подвижны по сравнению с однрвалентными солями и, возможно, связаны в комплексах с белковыми компонентами щелока. Их также можно удалить электродиализом, однако перенос этих солей обычно начинается после того, как из сыворотки выведена основная часть одновалентных ионов и если используется более высокое напряжение. [c.67]

О механизме действия хлорорганических инсектицидов известно только то, что они блокируют передачу нервных импульсов у насекомых — вероятно, путем нарушения переноса ионов натрия или калия через нервные мембраны. Однако очевидно, что хлорорганические инсектициды не содержат специфической летальной (токсофорной) группировки. Скорее всего, их токсичность обусловливается структурой и конформацией молекулы в целом — как если бы она представляла собой ключ к ящику Пандоры, в котором заключены вредные биохимические воздействия. [c.480]

Система активного переноса и транспорта через биологические мембраны чрезвычайно сложна. Рабочим телом здесь служат специальные белки, а источником энергии является аденозинтрифосфор-ная кислота (АТФ). При активном переносе первым этапом поглощения является взаимодействие поглощаемых веществ с молекулами поверхностных структур протоплазмы. Адсорбированные молекулы переносятся затем в цитоплазму посредством механизма активного переноса. Предполагается, что в этих процессах ведущая роль принадлежит специальным транспортным системам — мембранным переносчикам, природа которых еще недостаточно изучена. Одним из звеньев такой системы могут быть мембранные транспортные АТФ-азы, активируемые ионами магния, калия и натрия. Так, в последнее время из мембран некоторых микроорганизмов выделены белки, участвующие в транспорте аминокислот. Обнаружены и изучаются белковые системы, ответственные за перенос сахаров в частности глюкозы. [c.15]

На рис. 9 представлены данные по переносу воды через некоторые катионообменные мембраны, как функция концентрации раствора, с которым эти мембраны находятся в состоянии равновесия. Перенос воды очень быстро уменьшается при увеличении концентрации раствора. Экстраполирование переноса воды до нулевой концентрации показывает, что в мембране нептон СК-51 каждый ион натрия переносит около 17 молекул вод.ьг. В мембране нептон СК-61 около 38 молекул воды переносится на один ион калия. В ториевой форме мембраны нептон СК-61 большое количество воды движется в направлении, противоположном направлению движения катионов. Это можно объяснить образованием комялексов ионами тория и хлора, например [ТЬС1] +или [ТЬС1]2+. Эти комплексы адсорбируются смолой. Связь между сульфогруппами и ионами тория сильнее, чем между торием и хлором. Следовательно, ионы хлора являются подвижными внутри смолы и катионит становится эффективным анионитом. Найдено, что число переноса тория в этом случае очень низкое [16]. Это аналогично обратному направлению электроосмоса в кварцевых капиллярах, который осуществляется [c.140]

Ионы металлов являются довольно специфичными активаторами. Часто для некоторых ферментов требуются ионы не одного, а нескольких металлов. Например, для фермента Ма , -АТФаза, который осуществляет перенос однозарядных катионов через клеточные мембраны, в качестве активаторов необходимы ионы магния, натрия и калия. Активация ионами металлов осуществляется по разным механизмам. В некоторых ферментах они входят в состав каталитического участка. В ряде случаев ионы металлов облегчают присоединение субстрата к активному центру фермента за счет образования дополнительных связей. Иногда ион металла соединяется с субстратом, образуя своеобразный металлосубстратный комплекс, который предпочтителен для действия фермента. [c.114]

Примером подвижного переносчика ионов может служить еалиномицин. Он представляет собой полимер, повышающий проницаемость мембраны для ионов К". Валиномицин имеет кольцеобразную структуру. Наружная гидрофобная часть его молекулы состоит из боковых цепей валина и контактирует с углеводородной сердцевиной липидного бислоя. Во внутренней полярной области как раз может поместиться один ион калия (рис. 6-67). Валиномицин переносит К" по его электрохимическому градиенту, он захватывает этот ион с одной стороны мембраны, диффундирует с ним через бислой и высвобождает его на другой стороне. [c.406]

Переносчики. Перенос иона через мембрану осуществляется также с помощью транспорта ионофоров (переносчиков). Ионофоры могут образовывать комплексы с ионом либо формировать поры в мембране, заполненные водой (каналы). Закономерности этих процессов изучены на бислойных липидных мембранах. Энергия комплекса ион-переносчик значительно ниже энергии дегидратированного иона. Комплекс ионофо-ра с ионом образуется на одной стороне мембраны, а затем перемещается на другую, где происходит освобождение иона и возвращение ионофора. Типичным подвижным переносчиком является валиномицин, который транспортирует К. Катион калия входит во внутреннюю полость валиномицина, причем образовавшаяся структура стабилизируется за счет взаимодействия иона с 6 - 8 полярными группами СО (рис. [c.149]