BioFine

Мы с вами вкратце ознакомились с работой одного из мембранных белков – натрий-калиевого насоса. В дальнейшем нам придется говорить про многие другие мембранные белки. Но одно важное замечание можно сделать уже после этого первого примера. До сих пор мы рассматривали такие процессы, которые протекали совершенно одинаково и в физических, и в биологических системах. ПП возникает совершенно одинаково и на полупроницаемой мембране нервного волокна, и на полупроницаемой стенке глиняной трубки. Теперь мы в первый раз столкнулись с таким явлением, которое не встречается в физике, так как оно является результатом биологической эволюции. Это машина, размером всего в одну молекулу, перекачивающая ионы через мембрану. Работа этой машины может регулироваться как поставками энергии, так и ситуацией в окружающей среде. С разными молекулярными машинами мы неоднократно встретимся в дальнейшем.

Какие еще бывают насосы?

Важнейшую роль в осуществлении самых разных клеточных функций играет ион кальция. В покое внутри клетки очень мало ионов свободного кальция по сравнению с окружающей средой – всего 10~7 – 10~е моля. Под влиянием тех или иных воздействий кальций может попадать в клетку, но потом должен быть удален из цитоплазмы. Если высокая концентрация кальция в клетке не устраняется, клетка через некоторое время погибает, Поэтому клетки очень тщательно следят за внутриклеточной концентрацией кальция. В клеточной мембране имеется специальный кальциевый насос, выкачивающий ионы кальция в наружную среду. Этот насос электронейтрален: он обменивает ион кальция на два протона.

В особом положении находятся мышечные клетки. Для мышечного сокращения необходимо много ионов кальция, и его надо доставлять к каждой из белковых фибрилл, пронизывающих все тело клетки *). Его надо быстро доставлять, а потом так же быстро убирать от фибрилл, чтобы мышца могла расслабиться. Если бы кальций поступал и удалялся через наружную мембрану клетки, такое быстрое его перемещение было бы невозможным. Мышечные клетки нашли выход из положения. Внутри них имеется разветвленная система полостей и трубочек» образованных специальной внутренней мембраной. В этих полостях и хранится кальций, туда же он убирается для расслабления мышцы. Вся эта внутренняя мембрана густо покрыта молекулами – молекулами кальциевого насоса. Концентрация кальция в полостях в расслабленной мышце в тысячи раз выше, чем в остальных частях клетки. Работа насоса обходится клетке недешево: на перенос двух ионов кальция насос расходует одну молекулу АТФ.

На этом примере мы видим, что молекулярные машипи могут работать не только на наружной мембране клетки, но и на ее внутренних мембранах.

Протонная помпа

Ионные насосы имеются не только в клетках животных. Например, у гриба нейроспоры обнаружен электрогенный ионный насос, который работает на энергии АТФ и может создавать на мембране гриба разность потенциалов в 200 мВ за счет энергичного выкачивания протонов из клетки. У галобактерий обнаружен протонный насос, работающий на энергии света. Интересно, что белок, образующий этот насос, весьма схож по строению с родопсином рецепторов сетчатки.

А теперь обратите внимание на то, как далеко мы вдруг ушли от нервного волокна или мышцы, с которыми работали и Гальвани, и Дюбуа-Реймон, и поколения других электрофизиологов. Вдруг речь пошла о бактериях и грибах, а могла с таким же успехом пойти и о клетках растений.

В биологии очень важно сравнивать между собой разные объекты, чтобы уберечься от ложных заключений, переноса свойств одного животного на весь органический мир. И что же показало такое сравнительное изучение? Оказалось, что все клетки имеют ПП! Причем у разных клеток он может создаваться разными способами: в нервном волокне – за счет градиента концентрации калия, а у гриба нейроспоры – за счет работы протонной помпы.

Мы знаем, что у нервных и мышечных клеток их мембранный потенциал как-то используется для передачи сигналов и сокращения. Но зачем нужен ПП клеткам бактерий или грибов?

Зачем невозбудимым клеткам потенциал покоя?

Вернемся на минутку к клеткам животных. Ведь и у животных кроме нервов и мышц есть и клетки печени, и клетки желудкаА и клетки кожи. Зачем нужен им ПП?

До сих пор, когда мы говорили о движении веществ через клеточную мембрану, мы в основном рассматривали или воду, или ионы. Но всем клеткам необходимо получать питательные вещества, например сахара, или аминокислоты для построения клеточных белков. Сами по себе эти вещества очень плохо проходят через липидные пленки. Как же они попадают в клетки? Оказалось, что, как правило, они проходят внутрь клеток тогда, когда на клеточной мембране есть потенциал, а в окружающей среде – ионы натрия. Почему?

Здесь мы сталкиваемся с новым классом молекулярных машин белков-переносчиков и с явлением электрического транспорта. Эти белки присоединяют к себе на наружной части мембраны молекулу и ион натрия, приобретая положительный заряд. Тогда электрическое поле втягивает переносчик к внутренней поверхности мембраны, где он отделяет сахар и натрий. Затем белок-переносчик вновь проходит через жидкую липидную мембрану на поверхность, где захватывает новые молекулы сахара и натрий. Лишний натрий, который попадает внутрь клетки, откачивается наружу натриевым насосом.

Также смотрите:

Материалы и методы исследования. Материал исследования
Активность ферментов определяли в сыворотке крови онкологических больных. Кровь брали из локтевой вены, далее ее инкубировали 30 минут при комнатной температуре, центрифугировали 20 минут при 4000 g и получали сыворотку, в которой определяли активность карбоксипептида ...

Изучение устойчивости сортов смородины черной к болезням. Мучнистая роса
Первые признаки поражения американской мучнистой росой нами были отмечены 12 июня 2007 года и 15 июня 2008 года. На молодых листьях смородины на верхушке побега появился белый мучнистый налет, состоящий из мицелия гриба Sphaerohteca mors-uvae (рис. 2, 3). Затем к сере ...

Естествознание в средние века
Эпоха Средневековья берет свое начало в 478 году нашей эры с момента завоевания немецкими варварами Рима и падения римской империи. Продолжалась более 1000 лет закончилась в середине 15 века. Во времена Средневековья любое занятие наукой и естествознанием было запрещ ...