Биофизические механизмы транспорта вещества через биомембраны.

Принято различать пассивный и активный транспорт. Пассивным называют транс мембранный перенос вещества, происходящий в направлении действия концентрации, соматических или электрических градиентов.

Активным транспортом называют перенос вещества через мембрану в направлении противоположном grad. Движущейся силой активного транспорта является электрохимический потенциал, который изменяется под действием биохимических реакций, создающих дополнительную свободную энергию. Рассмотрим механизм пассивного транспорта: масса вещества, переносимого через мембрану в результате совместного концентрационного или электрического grad называется конвекционным потоком. С его помощью происходит обмен веществ между тканями организма и кровеносной системой.

Коэффициенты пропорциональности зависят от соотношения массы и зарядов ионов. В этом случае суммарный массоперенос может быть как больше, так и меньше конвекционного. Следует различать механизмы диффузии для водорастворимых и жирорастворимых веществ. Свободная диффузия через мембраны возможна только для жирорастворимых веществ. Процесс растворения диффузии заключается в последующем внедрении молекул вещества в биполярный слой. Свободное место в биполярном слое, которое может занимать молекула вещества, возникает за счет теплоты движения молекул и носит вероятностный характер. Поэтому процесс диффузии происходит в виде скачков молекул.

Теория диффузии жирорастворимых молекул- теории «клинков». В зависимости от размера молекулы, проникающей через мембрану, меняется скорость диффузии, что связано с необходимостью одновременно освобождения 2-х или нескольких мест в биомолекулярном слое. Для характеристики свойств мембран вводится коэффициент проницаемости, который зависит от коэффициента диффузии, определяя разность энергии молекулы в воде и липиде.

- коэффициент проницаемости.

Т.к. жирорастворимость вещества имеет высокий коэффициент , а водорастворимость- низкий, то проницаемость мембран для водорастворимых веществ оказывается тепловым.

Свободная диффузия жирорастворимых веществ, происходящая за счет скачков, зависит от разлома молекул. Для свободной диффузии водорастворимых веществ существуют простейшие механизмы диффузии за счет спецификации белковых молекулярных переносчиков.

Переносчиками являются белковые молекулы, способные входить в состав мембран. Возможны 3 механизма диффузии с помощью переносчиков:

- ротационный;

- метод сдвигов;

- миграционный.

При миграционном механизме переноса, переносчики сдвигаются внутри мембраны, захватывая молекулы вещества на внешней поверхности и оцепляя ее на внутренний. Такой механизм называется малой каруселью.

внутренняя

Кроме того, возможна «большая карусель», связанная с выходом переносчика за пределы мембраны. В качестве переносчика гидрофильных молекул могут быть использованы белковые молекулы, пронизывающие мембраны насквозь. Такие переносчики обменивают диффузию за счет механизма ротации или сдвига( поворота).

ротация(поворот)

механизм сдвига

Дополнительным способом диффузии гидрофильных молекул связан с образованием мембранных каналов. Мембранный канал имеет вид белковой спирали, пронизывающую мембрану, причем внутренняя часть спирали представляет собой гидрофильную часть белка, за счет таких веществ внутренней части спирали гидрофильная молекула может перемещаться внутри нее за счет градиента концентрации. В этом случае мембранного канала зависит от радиуса спирали. Кроме того, на пронизывающем канале оказывает влияние потенциального электрического поля., который изменяет свойства канала.

гидрофильный канал