1) проникновение молекул одного вещества (газа, жидкости, твердого тела) в другое при их непосредственном соприкосновении или через пористую перегородку. Обусловлено тепловым движением молекул; 2) способ транспорта веществ в клетку, при котором… … Словарь микробиологии

Пассивный транспорт перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Диффузия пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к… … Википедия

Взаимоотношение клеток ткани мозга и капилляра: 1. Эпендима 2. Нейрон 3. Аксон 4. Шванновская клетка 5. Астроцит 6 … Википедия

Схема строения гематоэнцефалического барьера Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) (от др. греч. αἷμα, род.п. αἷματο … Википедия

Мембранный транспорт транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. Важнейшее свойство биологической… … Википедия

Важнейшее свойство биологических мембран (БМ), заключающееся в их способности пропускать в клетку и из неё различные метаболиты (аминокислоты, сахара, ионы и т.п.). П. б. м. имеет большое значение для осморегуляции и поддержания… … Большая советская энциклопедия

- (ΔμН+) – величина, определяющая разность концетрации протонов на внешней и внутренней стороне биол. мембран (внутренние мембраны митохондрий, тилакоиды хлоропластов, внутрицитоплазматические мембраны бактерий). Возникает за счет энергии,… … Словарь микробиологии

- (от лат. transporto переношу, перемещаю, перевожу) в живых организмах, включает доставку необходимых соединений к определённым органам и тканям (с помощью кровеносной системы у животных и проводящей системы у растений), всасывание их клетками и… … Биологический энциклопедический словарь

- (контактный катализ), изменение скорости хим. р ции при воздействии катализаторов, образующих самостоят. фазу и отделенных от реагирующих в в границей раздела. наиб. распространен случай, когда твердый кат. (контакт) ускоряет р цию между… … Химическая энциклопедия

Капитал - (Capital) Капитал это совокупность материальных, интеллектуальных и финансовых средств, используемых для получения дополнительных благ Определение понятия капитала, виды капитала, рынок капитала, кругооборот капитала, проблема оттока… … Энциклопедия инвестора

Пассивный транспорт - перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии (например, диффузия, осмос).

Диффузия - пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации.

Осмос - пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят).

Существует три типа проникновения веществ в клетку через мембраны: простая диффузия, облегчённая диффузия, активный транспорт.

Простая диффузия.

По пути простой диффузии частицы вещества перемещаются сквозь билипидный слой. Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O2, N2, бензол) и полярные маленькие молекулы (CO2, H2O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Простая диффузия представляет собой процесс, при котором газ или растворенные вещества распространяются и заполняют весь объём вещества. Молекулы или ионы, растворённые в жидкости, находясь в хаотичном состоянии, сталкиваются со стенками клеточной мембраны, что может вызвать двоякий исход: молекула либо отскочит, либо пройдёт через мембрану. Если вероятность последнего велика, то говорят, что мембрана проницаема для данного вещества.

Если концентрация данного вещества по обе стороны мембраны различна, то возникает процесс, который способствует выравниванию концентрации. Через клеточную мембрану проходят как хорошо растворимые (гидрофильные), так и нерастворимые (гидрофобные) вещества.

В случае, когда мембрана плохо проницаема, либо непроницаема для данного вещества, она подвергается действию осмотических сил. При более низкой концентрации вещества в клетке она сжимается, при более высокой концентрации - впускает внутрь воду.

В биологических мембранах был обнаружен еще один вид диффузии – облегченная диффузия. Облегченная диффузия происходит при участии молекул – переносчиков (рис.5.5).

Рис.5.5.Схема облегченной диффузии: 1 – с подвижным переносчиком; 2 – с фиксированным переносчиком. А – переносимое вещество; Х – подвижный переносчик; Х 1 – Х 5 – фиксированные переносчики.

Диффузия с подвижным переносчиком. Скорость проникновения в клетку таких веществ, как глюкоза, глицерин, аминокислоты, не имеет линейной зависимости от разности концентраций. При определенных значениях концентрации скорость проникновения намного больше, чем следует ожидать для простой диффузии. При диффузии с подвижным переносчиком скорость переноса вещества возрастает, если молекулы (А) этого вещества образуют комплекс с молекулами (Х) вспомогательного вещества. Вспомогательное вещество обладает повышенной растворимостью в липидах. На поверхности мембраны молекулы (А) соединяются с молекулами (Х) и в виде комплекса (АХ) проходят в клетку. В клетке комплекс разрушается, молекулы вещества (А) освобождаются, а переносчик (Х) захватывает у наружной поверхности мембраны новую молекулу переносимого вещества. Процесс переноса проходит до тех пор, пока концентрация переносимого вещества не выровняется по обе стороны мембраны (рис.5.5, 1).

Облегченная диффузия с фиксированным переносчиком. Цепочка молекул переносчика выстраивается внутри канала в мембране или выстилает канал. Молекула переносимого вещества (А) передвигается внутри канала от одного переносчика л другому. При этом предполагается, что пространство в канале недостаточно велико для прохождения частиц вещества, поэтому они связываются с молекулами переносчиков, передвигаясь от одного к другому (рис.5.5, 2).

Отличия облегченной диффузии от простой состоят в следующем:

1) перенос вещества с участием переносчика проходит значительно быстрее;

2) облегченная диффузия обладает свойством насыщения (рис.5.6), то есть при увеличении концентрации вещества с одной стороны мембраны плотность потока вещества возрастает лишь до некоторого предела, когда все молекулы переносчика уже заняты;

Рис.5.6.Зависимость плотности потока j m вещества через мембрану в клетку от концентрации вещества снаружи клетки (С НАР) при простой (1) и облегченной (2) диффузии.

3) при облегченной диффузии наблюдается конкуренция переносимых веществ в тех случаях, когда переносчик несет разные вещества; при этом одни вещества переносятся лучше, чем другие, и добавление одних веществ затрудняет транспорт других; например, из сахаров глюкоза переносится лучше, чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, ксилоза лучше, чем арабиноза;

4) есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчика, например, флоридзин подавляет транспорт сахаров через мембрану.

Будучи пассивным, облегчается транспорт непосредственно не требует химической энергии в результате гидролиза АТФ в самой транспортной операции; скорее, молекулы и ионы движутся вниз их градиент концентрации, отражающий его диффузионную природу.

Облегченная диффузия отличается от простой диффузии несколько способов. Во- первых, транспортировка полагается на молекулярную связывание между грузом и канала - носителя или мембранного белка встраиваемый. Во- вторых, скорость облегченной диффузии является насыщаемым по отношению к разности концентраций между двумя фазами; в отличие от свободной диффузии, линейное по разности концентраций. В- третьих, температурная зависимость облегченного транспорта существенно отличается из - за присутствия активированного события связывания, по сравнению с свободной диффузии, где зависимость от температуры мягкая.

3D-рендеринг облегченной диффузии

Полярные молекулы и большие ионы, растворенные в воде не могут свободно диффундировать через плазматическую мембрану за счет гидрофобной природы хвостов жирных кислот в фосфолипидов , которые составляют липидный бислой . Только небольшие, неполярные молекулы, такие как кислород и углекислый газ , могут легко диффундировать через мембрану. Следовательно, никаких неполярные молекулы не транспортируются белками в виде трансмембранных каналов. Эти каналы закрытого типа, а это означает, что они открываются и закрываются, и, таким образом дерегулированию потока ионов или небольших полярных молекул через мембрану , иногда против осмотического градиента. Более крупные молекулы транспортируются трансмембранными белками - носителей, такие как пермеазы , которые изменяют свою конформацию, как молекулы переносятся через (например, глюкозу или аминокислоты). Неполярные молекулы, такие как ретинол или липиды , плохо растворимы в воде. Они транспортируются через водные отсеках клеток или через межклеточное пространство с помощью водорастворимых носителей (например, ретинол связывающего белка). Метаболиты не изменяется, поскольку энергия не требуется для облегченной диффузии. Только пермеаза меняет свою форму для транспортировки метаболитов. Вид транспорта через клеточную мембрану, в которой модифицирован метаболит, называется группой транслокации перевозки.

Глюкоза, ионы натрия и хлорид-ионы являются всего лишь несколькими примерами молекул и ионов, которые должны эффективно пересекают плазматическую мембрану, но к которой липидный бислой мембраны практически непроницаем. Их транспорт должен поэтому быть «облегчается» белками, которые охватывают мембрану и обеспечивают альтернативный маршрут или механизм перепуска.

Различные попытки были сделаны инженерами, чтобы имитировать процесс облегченного переноса в синтетических (т.е. небиологический) мембран для использования в промышленных масштабах газовых и жидких разделениях, но они имели ограниченный успех на сегодняшний день, чаще всего по причинам, связанные к плохой стабильности носителя и / или диссоциации носителя от пассивного транспорта.

In vivo-модели облегченной диффузии

В живых организмах, основные физические и биохимические процессы, которые необходимы для выживания регулируются диффузии . Облегченная диффузия является одной из форм диффузии и играет важную роль в ряде метаболических процессов в живых клетках. Одним из жизненно важной роли облегченной диффузии является то, что основной механизм связывания факторов транскрипции (TFS) для назначенных целевых участков на ДНК молекуле. Модель в пробирке, которая является очень хорошо известным методом облегченной диффузии, что происходит вне живой клетки , объясняет, 3-мерную картину диффузии в цитозоле и 1-мерную диффузию вдоль контура ДНК. После проведения обширных исследований о процессах, происходящих из клетки, этот механизм был принят в целом, но возникла необходимость проверить, что этот механизм может иметь место в естественных условиях или внутри живых клеток. Поэтому Бауэр & Metzler (2013) провел эксперимент с использованием бактериального генома, в котором они исследовались среднее время для TF - ДНК - связывающих произойти. После анализа процесса в течение времени, которое требуется для TF, чтобы диффундировать через контур и цитоплазме ДНК бактерий, в, был сделан вывод о том, что в пробирке и в естественных условиях, аналогичны тем, что скорости ассоциации и диссоциации TF - х и из ДНК подобны в обоих. Кроме того, на контуре ДНК, движение медленнее и целевые сайты легко локализовать, а в цитоплазме , движение происходит быстрее, но ТФ не являются чувствительными к их целям и поэтому связывание ограничено.

Внутриклеточные способствует диффузии

Визуализация одиночных молекул представляет собой метод визуализации, который обеспечивает идеальное разрешение, необходимое для изучения фактора транскрипции механизма связывания в живых клетках. В прокариотических бактерий клеток, такие как E.coli , способствуют диффузии требуется для того, чтобы регуляторных белков, чтобы определить местонахождение и связывается с сайтами - мишеней на пар оснований ДНК. Есть 2 основные этапы: белок связывается с неспецифическим сайта на ДНК, а затем он диффундирует вдоль цепи ДНК, пока он не находит целевой сайт, процесс, называемый скольжение. В соответствии с Брэкли и соавт. (2013), в процессе скользящего белка, белок выполняет поиск по всей длине цепи ДНК с использованием 3-D и 1-D модели диффузии. В течение 3-D диффузии, высокая частота Crowder белков создает осмотическое давление, которое приносит SEARCHER белок (например, Lac - репрессор) ближе к ДНК, чтобы увеличить их привлекательность и позволяют им связываться, а также стерический эффект , которые исключают белки Crowder из этот регион (LAC оператор область). Blocker белки участвуют в диффузии 1-D только т.е. связываться и диффундируют вдоль контура ДНК, а не в цитозоле.

Облегченная диффузия белков хроматина

Модель в естественных условиях упоминались выше ясно объясняет, 3-D и 1-D диффузии вдоль цепи ДНК и связывания белков для целевых сайтов на цепочке. Так же, как прокариотические клетки, в эукариот , облегчается диффузия происходит в нуклеоплазме на хроматина нитей, приходится на динамику переключения протеина, когда он либо привязан к хроматина нити или когда свободно диффундировать в нуклеоплазме. Кроме того, учитывая, что молекула хроматин фрагментирован, его фрактальные свойства должны быть рассмотрены. После вычисления времени поиска для белка - мишени, чередующихся между 3-D и 1-D диффузии фаз на фрактальной структуры хроматина, было выведено заключение, что способствует диффузии в эукариот осаждается процесс поиска и сводит к минимуму время поиска за счет увеличения ДНК- белок сродства.

Облегченная диффузия кислорода в

Кислород связывается с эритроцитами в потоке крови. Сродство кислорода с гемоглобином в красных клетках крови поверхностей усиливает эту способность сцепления. В системе облегченной диффузии кислорода, существует тесная взаимосвязь между лигандом , который представляет собой кислород и носителем, который является либо гемоглобина или миоглобина . Этот механизм облегченной диффузии кислорода гемоглобина или миоглобина был обнаружен и инициирован Виттенберге и Scholander. Они провели эксперименты, чтобы проверить на стационарном состоянии диффузии кислорода при различных давлениях. Кислородно-облегчается диффузия происходит в однородной среде, где давление кислорода может быть относительно управляемым. Для диффузии кислорода произойти, должно быть полное давление насыщения (больше) на одной стороне мембраны и полного пониженного давление (меньше) на другой стороне мембраны, т.е. одной стороны мембраны должна быть более высокой концентрацией. При облегченной диффузии, гемоглобин увеличивает скорость постоянной диффузии кислорода и способствуют диффузии происходит тогда, когда оксигемоглобина молекула случайным образом смещается.

Облегченная диффузия в Глюкоза

Глюкоза является шесть-углеродный сахар, который обеспечивает энергию, необходимую клетками. Так как глюкоза является большой молекулой, то трудно транспортировать через мембрану через пассивную диффузию Следовательно, он диффундирует через мембраны через облегченную диффузию, вниз по градиенту концентрации . Белок - носитель в мембране связывается с глюкозой и изменяет свою форму таким образом, что он может легко транспортироваться с одной стороны мембраны на другую. Движение глюкозы в клетку может быть быстрым или медленным в зависимости от количества трансмембранных белков. Он транспортируется против градиента концентрации с помощью зависимой глюкозы Симпортера , который обеспечивает движущую силу для других молекул глюкозы в клетках. Облегченная диффузия помогает в освобождении накопленной глюкозы во внеклеточное пространство, примыкающего к капиллярной крови .

Облегченная диффузия в окиси углерода

Д иффузия -это самопроизвольный процесс проникновения вещества из обла­сти большей в область меньшей его концентрации в результате теплового хаотического движения молекул.

Различают несколько типов пассивного переноса веществ (диффузии):

простая диффузия.

перенос через поры.

транспорт с помощью переносчиков (подвижных и эстафетной передачи).

Простая диффузия выражается соотношением (уравнение Фика):

J = (dm/dt) / S = -D (dС/dx) , где j плотность потока вещества, (dС/dx)  градиент концентрации, D  коэффициент диффузии. Это уравнение даёт возможность рассчитать количество вещества (m) попавшее в клетку за определённое время (t) и через известную площадь (S): m = j t S.

Последние два вида диффузии относят к облегченной, т.к. количество вещества переносимое при таком виде транспорта существенно больше.

Если молекулы диффундирующего вещества движутся без образования комплекса с другими молекулами, то такая диффузия называется простой.

Облегченная диффузия состоит в том, что вещество слабо диффундирующее через мембрану, транспортируется через нее с помощью подвижных или фиксированных в мембране переносчиков. Разновидностью облегченной диффузии является обменная диффузия, которая состоит в том, что вспомогательное вещество образует соединение с диффундирующим веществом и перемещается к другой поверхности мембраны. На другой поверхности мембраны молекула проникающего вещества освобождается и на ее место присоединяется другая молекула такого же вещества. Например, установлено, что натрий эритроцитов благодаря обменной диффузии быстро обменивается на натрий плазмы.

Электродиффузия. Уравнение Нернста – Планка.

Поскольку в диффузии участвуют не только нейтральные вещества, но и ионы разной полярности, Нернст и Планк предложили формулу:

Ф =  uRT (dc/dx)  cuz F (d  /dx)

где: u = D/RT (называется подвижностью молекул)

R  универсальная газовая постоянная;

T  абсолютная температура;

с  концентрация вещества;

z  валентность;

F  число Фарадея;

(dc/dx), (d/dx)  градиент концентрации и градиент потенциала (то же, что электрическая напряжённость).

Это уравнение выведено из уравнения Теорелла: Ф =  cu (d  /dx), где   электрохимический потенциал.

1. Активный транспорт веществ через мембрану. Понятие о натрий – калиевом насосе.

Активный транспорт (в отличие от пассивного  осуществляется против градиента концентрации проходящих веществ, т.е. в сторону больших их концентраций). Следующая особенность  транспортируются вещества только за счёт расхода свободной энергии. В клетках ионный баланс (Na + , K +) обеспечивается белковыми структурами, которые носят название “калий-натриевый насос”.

Транспорт Na + и K + осуществляется за счёт гидролиза АТФ, превращения её в АДФ + свободный фосфат, с обязательным участием ферментов Na + , K + -АТФ-аз. Перенос является сопряжённым, т.е. осуществляется синхронно: на переход 3 из клетки во вне необходимо наличие 2 во внеклеточной жидкости для её транспорта в клетку. Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, электрических потенциалов, давления и т.д. С точки зрения термодинамики активный транспорт удерживает организм в неравновесном состоянии, поддерживает жизнь.