Membrana celulara. Permeabilitatea membranei pentru diverse substanțe Care ioni asigură permeabilitatea membranelor celulare

Metodele de purificare a membranei se bazează pe permeabilitatea diferită a membranelor pentru componentele amestecului de gaze care se purifică. [...]

Permeabilitatea selectivă a membranelor în timpul procesului de ultrafiltrare se explică printr-un mecanism pur de separare prin sită - particulele de impurități având marime mai mare, decât dimensiunea porilor membranei, nu trece prin membrană, prin ea se filtrează doar apa.[...]

Selectivitatea și permeabilitatea membranelor trebuie luate în considerare în raport cu costul producerii aerului îmbogățit cu oxigen. Costurile de separare a aerului depind de permeabilitate, selectivitate, parametrii geometrici ai membranei, performanța modulului, costurile cu energia și alți factori. Costul aerului îmbogățit cu oxigen este evaluat în raport cu oxigenul pur echivalent, definit ca cantitatea de oxigen pur necesară amestecării cu aerul (21% oxigen) pentru a produce aceeași cantitate și procent de oxigen ca și cel produs de procesul de separare a gazelor din întrebare.[...]

Ultrafiltrarea este un proces membranar pentru separarea solutiilor a caror presiune osmotica este scazuta. Această metodă este utilizată pentru separarea substanțelor cu greutate moleculară relativ mare, a particulelor în suspensie și a coloizilor. Ultrafiltrarea, în comparație cu osmoza inversă, este un proces mai productiv, deoarece o permeabilitate mare a membranei se realizează la o presiune de 0,2-1 MPa.[...]

Spălarea deșeurilor solide 434, 425 Permeabilitatea membranei 273 Strecurare 197 cuvinte [...]

Ionii de calciu au o mare influență asupra structurilor membranelor. Necesitatea ionilor de Ca2+ pentru a stabiliza membranele a fost subliniată cu destul de mult timp în urmă. S-a demonstrat că pentru formarea unei membrane de suprafață pe o picătură endoplasmatică izolată din celulele internodale ale algelor carofite este necesară prezența ionilor de Ca2+ în soluția înconjurătoare. Prezența Ca2+ la o concentrație de 10 4 M a contribuit la formarea unei membrane de suprafață pe picătură, deși nu a fost suficient de puternică; s-a format o membrană mai durabilă la o concentrație de 10"3 M și în special 10 2 M. Când ionii de calciu sunt îndepărtați (de exemplu, atunci când sunt tratați cu chelați sau în absența Ca2+ în mediu), se notează mucilagiul firelor de păr radiculare. , iar permeabilitatea membranelor la alte substanțe crește și ea.Ionii de Ca2+ se modifică și proprietățile electrice atât ale membranelor artificiale, cât și ale celor naturale, reducând densitatea de sarcină pe suprafața membranei.Lipsa de Ca duce la creșterea vacuolizării, modificări cromozomiale, ruperea membranelor ER și alte compartimente intracelulare.[...]

Odată cu creșterea concentrației soluției separate, permeabilitatea membranelor scade, iar odată cu creșterea presiunii, crește. După procesul de purificare, se obține un filtrat, epuizat cu 90-99,5 °/o din compușii inițiali și un concentrat trimis pentru prelucrare ulterioară.[...]

Reacția la acetilcolină și amine biogene constă în modificarea permeabilității membranelor la ioni și/sau inducerea sintezei de mesageri secundari. Prezența cAMP, cGMP, Ca2+, precum și a enzimelor de sinteză și catabolism în celula vegetală și organitele acesteia confirmă posibilitatea medierii locale.[...]

Astfel, sub influența EMR cu microunde (2,45 GHz), a fost detectată o creștere a permeabilității cationice a membranelor eritrocitare la temperatura camerei, în timp ce în absența EMR cu microunde, un efect similar a fost observat doar la o temperatură de 37 °C. [...]

Rezervele de metaboliți nu sunt distribuite uniform în întreaga celulă, dar sunt separate prin membrane și localizate în compartimente separate (camere, compartimente). Compartimentele fondurilor metabolice ale celulei sunt interconectate prin fluxuri de transport. În conformitate cu permeabilitatea selectivă a membranelor, are loc o redistribuire spațială a intermediarilor și a produselor metabolice. De exemplu, într-o celulă, furnizarea de ATP este menținută datorită conexiunilor „orizontale” ale proceselor de sinteză fotosintetică și oxidativă a fosforului.[...]

Concentrația soluției. Pe măsură ce concentrația soluției de separată crește, permeabilitatea membranelor scade datorită creșterii presiunii osmotice a solventului și influenței polarizării concentrației. Când valoarea criteriului Reynolds este 2000-3000, polarizarea concentrației este practic absentă, totuși, turbulizarea soluției este asociată cu recircularea sa multiplă, adică cu consumul de energie, și duce la acumularea de particule în suspensie în soluție și la apariția de substanțe biologice. murdărire. [...]

O scădere a temperaturii apei, care duce la răcirea peștilor, duce, de asemenea, la o creștere a permeabilității membranelor, care își pierd capacitatea de a menține gradienții ionici. În acest caz, conjugarea reacțiilor enzimatice este întreruptă, pompele ionice încetează să funcționeze, funcționarea sistemului nervos central și periferic este perturbată și funcționarea aparatului cardiorespirator este inhibată, ceea ce în cele din urmă poate duce la dezvoltarea hipoxiei. La supraîncălzirea sau răcirea peștilor, care rezultă dintr-o schimbare bruscă a temperaturii într-un timp limitat, un anumit rol revine stresului osmotic din cauza unei încălcări a capacității organismului de a menține o anumită concentrație de ioni și proteine ​​în sânge. De exemplu, o scădere a temperaturii de la 25 la 11°C face ca tilapia ținută în apă dulce să dezvolte o comă, însoțită de o scădere a concentrației de ioni de sodiu și clor și a proteinelor totale din sânge. Potrivit autorilor, moartea peștilor are loc datorită dezvoltării colapsului osmoreglator și suprimării funcției renale. O confirmare indirectă a acestei ipoteze poate fi prevenirea comei de temperatură la peștii ținuți în stare diluată apa de mare, ceea ce este în concordanță cu observațiile anterioare privind creșterea rezistenței termice a peștilor datorită adăugării ionilor de sodiu, calciu și magneziu în apă. Trebuie totuși avut în vedere că motivele morții peștilor la temperaturi ridicate sau scăzute sunt diferite și depind de durata și intensitatea expunerii la temperatură.[...]

Valoarea pH-ului. O modificare a valorii pH-ului inițial duce de obicei la o scădere a permeabilității membranei. Efectul pH-ului asupra selectivității membranei este mic. Acizii volatili sunt slab reținuți de membrane, astfel încât neutralizarea preliminară a acizilor volatili crește selectivitatea procesului de separare.[...]

La concentrații mari de sare într-un electrodializator cu trei camere cu membrane inerte, curentul maxim de ieșire nu depășește 20%.[...]

S-au obținut rezultate pozitive pentru tratarea apelor uzate din OP-7 prin osmoză inversă la o presiune de 5 MPa. Permeabilitatea membranelor a fost de 5-20,8 l/(m2-h) la o concentrație de OP-7 în filtrat de 1-18 mg/l.[...]

Agenții tensioactivi (alchil sulfati) stimulează în cea mai mare măsură creșterea bacteriilor. În plus, agenții tensioactivi, prin modificarea permeabilității membranelor celulelor vii (S. S. Stroev, 1965 etc.), pot contribui la o mai bună absorbție de către microbi a nutrienților conținuti în apă.[...]

Natura substanței dizolvate are o anumită influență asupra selectivității și, într-o măsură mai mică, asupra permeabilității membranelor. Acest efect este că substanțele anorganice sunt reținute de membrane mai bine decât substanțele organice cu aceeași greutate moleculară; dintre compușii înrudiți, de exemplu, omologii, substanțele cu o greutate moleculară mai mare sunt reținute mai bine; substanțele care formează legături cu membrana, de exemplu, hidrogenul, sunt reținute de membrană, cu atât mai bine, cu atât această legătură este mai puțin puternică; Cu cât greutatea moleculară a substanței dizolvate este mai mare, cu atât este mai mare selectivitatea reținerii compușilor cu molecule înalte prin ultrafiltrare. [...]

Membranele din acetat de celuloză pot funcționa în intervalul de pH 4,5-7, iar cele din polimeri rezistenți chimic - la pH 1-14. Permeabilitatea membranelor este aleasă pentru a permite trecerea apei, a sărurilor solubile și a reține uleiurile. Dimensiunea porilor în membrane este de obicei în intervalul 2,5-10 nm. Instalația este dotată cu conducte auxiliare pentru spălarea membranelor cu apă filtrată sau demineralizată, echipată cu instrumente de control și măsură și automate.[...]

Cu o scădere semnificativă a diferenței de potențial intracelular la un anumit nivel de prag, se observă o schimbare bruscă a permeabilității membranei și inversarea fluxurilor de ioni. Ionii de calciu din mediul extern din jurul celulei intră în ea, iar ionii de clor și ionii de potasiu părăsesc celula în soluția de spălare.[...]

Toleranța este asociată cu factori interni și include procese metabolice precum absorbția selectivă a ionilor, permeabilitatea redusă a membranei, imobilizarea ionilor în anumite părți ale plantelor, îndepărtarea ionilor din procesele metabolice prin formarea unei rezerve în forme insolubile în diferite organe, adaptare. la inlocuirea unui element fiziologic cu unul toxic in enzima, indepartarea ionilor din plante prin levigare prin frunze, secretie de suc, varsare a frunzelor, excretie prin radacini. Plantele tolerante pot fi stimulate la concentrații ridicate de metale, indicând nevoia lor fiziologică de exces. Anumite specii de plante sunt capabile să acumuleze cantități semnificative de metale grele fără semne vizibile de inhibiție. Alte plante nu au această abilitate (vezi tabel[...]

Presiunea este unul dintre principalii factori care determină performanța instalațiilor de osmoză inversă. Performanța membranei crește odată cu creșterea presiunii în exces. Totuși, pornind de la o anumită presiune, permeabilitatea membranelor scade din cauza compactării materialului polimeric al membranei.[...]

De asemenea, s-a stabilit că scăzut ([...]

Deoarece polizaharidele hemicelulozice au o greutate moleculară medie numerică de nu mai mult de 30.000, utilizarea osmometriei convenționale este dificilă din cauza permeabilității membranelor la fracțiile cu greutate moleculară mică. Metoda osmometriei în fază de vapori propusă de Hill are o serie de avantaje față de alte metode. Această metodă se bazează pe măsurarea diferenței de presiune a vaporilor dintre o soluție și un solvent și este după cum urmează. O picătură de soluție și o picătură de solvent sunt plasate pe două joncțiuni de termocuplu și păstrate într-o atmosferă saturată cu vapori puri de solvent. Din cauza tensiune arterială scăzută vaporii soluției, o parte din vapori se va condensa pe picătura de soluție, crescând temperatura picăturii și a termocuplului. Forța electromotoare rezultată este măsurată cu un galvanometru. Limita superioară a valorii masei moleculare măsurate este de aproximativ 20.000, precizia măsurării este de 1%. [...]

În cele din urmă, membranele reticulului endoplasmatic sunt suprafețele de-a lungul cărora se propagă biocurenții, care sunt semnale care modifică permeabilitatea selectivă a membranelor și, prin urmare, activitatea enzimelor. Datorită acestui fapt, unele reacții chimice sunt puse în mișcare, altele sunt inhibate - metabolismul este supus reglementării și se desfășoară într-o manieră coordonată.[...]

Plasmalema reglează intrarea substanțelor în și din celulă și asigură pătrunderea selectivă a substanțelor în și din celulă. Viteza de penetrare prin membrana a diferitelor substanțe este diferită. Apa și substanțele gazoase pătrund bine prin ea. Substantele liposolubile patrund si ele usor, probabil datorita faptului ca are un strat lipidic. Se presupune că stratul lipidic al membranei este pătruns cu pori. Acest lucru permite substanțelor insolubile în grăsimi să pătrundă în membrană. Porii poartă o sarcină electrică, astfel încât pătrunderea ionilor prin ei nu este complet liberă. În anumite condiții, încărcarea porilor se modifică, iar aceasta reglează permeabilitatea membranelor la ioni. Cu toate acestea, membrana nu este la fel de permeabilă la diferiți ioni cu aceeași sarcină și la diferite molecule neîncărcate de dimensiuni similare. Aceasta dezvăluie cea mai importantă proprietate a membranei - selectivitatea permeabilității sale: pentru unele molecule și ioni este permeabilă mai bine, pentru altele mai rău.[...]

În prezent, mecanismul de acțiune al mediatorilor în celulele animale și vegetale, care se bazează pe reglarea fluxurilor de ioni, este în general acceptat. Modificările potențialelor de membrană sunt cauzate de modificări ale permeabilității ionice ale membranei prin deschiderea sau închiderea canalelor ionice. Mecanismele de apariție și propagare a PD în celulele animale și vegetale sunt asociate cu acest fenomen. În celulele animale, acestea sunt canale N7K+, controlate de acetilcolină, și canale Ca2+, adesea dependente de aminele biogene. În celulele vegetale, apariția și propagarea PD este asociată cu canalele de calciu, potasiu și clorură.[...]

Cu reproductibilitate și stabilitate mai mari, un flux stabil de gaze și vapori poate fi obținut prin metode bazate pe difuzia gazelor sau vaporilor lichizi printr-un capilar (Fig. 10) sau o membrană permeabilă (Fig. 11) într-un flux de gaz diluant. În astfel de metode se observă un echilibru între faza gazoasă și suprafețele adsorbante ale echipamentului, ceea ce asigură stabilitatea microfluxului.[...]

O creștere a temperaturii duce la scăderea vâscozității și a densității soluției și în același timp la creșterea presiunii osmotice a acesteia. O scădere a vâscozității și a densității soluției crește permeabilitatea membranelor, iar o creștere a presiunii osmotice reduce forța motrice a procesului și reduce permeabilitatea.[...]

REP există în orice sistem viu și ar fi surprinzător dacă nu ar exista. Aceasta ar însemna egalitatea absolută a concentrațiilor de electroliți în toate celulele, organele, soluțiile externe sau coincidența completă a valorilor permeabilității membranei la toți cationii și anionii.[...]

În experimentul 6, similar cu experimentul 1, cantitatea de potasiu eliberată și materie organică solubilă în apă a fost determinată la diferite concentrații de atrazină. Judecând după rezultatele obținute, se poate spune că atrazina nu crește permeabilitatea membranei pentru substanțele organice cu greutate moleculară mică și o crește pentru potasiu. Acest efect a fost proporțional cu concentrația de atrazină.[...]

La examinarea persoanelor care au fost expuse la radiații de nivel scăzut în timpul muncii lor (de exemplu, radiologi și tehnicieni care lucrează cu radiații cu raze X, ale căror doze au fost măsurate cu dozimetre individuale) folosind metoda atomului trasor, au fost efectuate teste de sânge pentru a determina permeabilitatea membranelor globulelor roșii prin trecerea cationilor monovalenți. S-a constatat că permeabilitatea membranelor celulelor roșii din sânge la indivizii expuși la radiații a fost semnificativ mai mare decât la cei care nu au fost expuși. În plus, graficul de dependență a făcut posibilă stabilirea unei creșteri rapide a permeabilității la iradiere scăzută; la doze mari, curba devine plată, similar cu observația lui Stokke în studiile pe animale (vezi Fig. X1U-3). Aceste date sunt în concordanță cu rezultatele obținute de Petkau.[...]

La desalinizarea apelor uzate mineralizate prin hiperfiltrare prin membrane semipermeabile, principalii parametri - concentrația de substanțe dizolvate în concentrat și filtrat trebuie să fie determinate pe unitatea de lățime a membranei pentru o lungime dată, capacitatea de separare, coeficientul de permeabilitate a membranei, presiunea, debitele. de apă sursă, filtrat și concentrat.[ .. .]

Posibilitatea unei astfel de adaptări se datorează dependenței constantelor termodinamice, chimice și cinetice de temperatură. Această dependență, în general, determină direcția și viteza reacții chimice, tranziții conformaționale ale macromoleculelor biologice, tranziții de fază ale lipidelor, modificări ale permeabilității membranei și alte procese, a căror funcționare asigură activitatea vitală a organismelor la temperaturi ridicate. [...]

Toate acestea sunt doar primii pași în domeniul utilizării apei magnetizate în medicină. Cu toate acestea, informațiile existente indică perspectivele utilizării magnetizării sistemelor de apă în acest domeniu. O serie de manifestări medicale sunt posibil (ipotetic) legate de faptul că magnetizarea sistemelor apoase crește permeabilitatea membranelor.[...]

S-a stabilit că filmele polimerice produse de industrie pentru ultrafiltrare, schimb ionic, precum și membranele din colodion, gelatină, celuloză și alte materiale au o selectivitate bună, dar permeabilitate scăzută (0,4 l/m h la o presiune de 40 am). Membranele preparate după o rețetă specială dintr-un amestec de acetat de celuloză, acetonă, apă, perclorat de magneziu și acid clorhidric (22,2, 66,7, 10,0, 1,1 și respectiv 0,1 procente în greutate) permit desalinizarea apei de la 5,25 la 0,05% NaCl si au o permeabilitate de 8,5-18,7 l!m2 ■ h la o presiune de lucru de 100-140 am, durata lor de viata este de cel putin 6 luni. Studii microscopice electronice ale acestor membrane, deoarece, conform calculelor preliminare 1192], osmoza inversă poate deveni competitivă cu alte metode de desalinizare a apei atunci când permeabilitatea membranei crește la 5 m31 mg pe zi. [...]

Potențialul de repaus al peretelui celular. Peretele celular (învelișul) are o sarcină de suprafață negativă. Prezența acestei sarcini conferă peretelui celular proprietăți distincte de schimb de cationi. Peretele celular se caracterizează prin selectivitate predominantă față de ionii de Ca2+, care joacă un rol important în reglarea permeabilității membranei față de ionii K și Na+.[...]

Astfel, efectele observate indică faptul că lichidul de cultură al micromicetului Fusarium oxysporum, pe lângă acidul fusaric, conține și alte componente cu activitate biologică ridicată. Gradul de patogenitate a diferitelor izolate de ciuperci fitopatogeni poate fi evaluat prin determinarea modificărilor permeabilității membranelor celulelor vegetale la amoniac.[...]

Ca urmare, noua formare de ATP scade sau se oprește, ceea ce duce la suprimarea proceselor care depind de energia respirației. Structura și permeabilitatea selectivă a membranelor sunt, de asemenea, perturbate, a căror întreținere necesită cheltuirea energiei respiratorii. Aceste modificări duc la o scădere a capacității celulelor de a absorbi și reține apa.[...]

Pe de altă parte, stabilizarea structurii spațiale a proteinei și a altor biopolimeri se realizează în mare măsură datorită interacțiunii: biopolimer - apă. Baza funcționării sistemelor vii este considerată a fi complexul apă-proteină-acid nucleic, deoarece numai în prezența acestor trei componente este posibilă funcționarea normală a membranelor. Permeabilitatea selectivă a membranelor depinde de starea apei. Extrapolând modelul cluster al apei la sistemele biologice, se poate demonstra că atunci când clusterul este distrus în anumite zone ale membranei, se deschide o cale pentru transport preferențial. Apa fără structură, de exemplu, împiedică comportamentul protonilor în apropierea membranei, în timp ce protonii se răspândesc rapid de-a lungul unui cadru structurat.[...]

Este descrisă o schemă de analiză continuă a gazelor folosind un electrod ion-selectiv, care poate fi utilizată pentru a determina conținutul de H3, HCl și HP în gaze. În revizuirea lucrărilor BNS din SUA, printre alte metode de certificare a gazelor (amestecurilor) de referință, este indicată și metoda de certificare folosind electrozi ioni selectivi pentru gazele NSI și NR. Dintre toate modelele de electrozi ion-selectivi, se utilizează de obicei următoarele: o membrană ion-selectivă separă două soluții - interne și externe (testate). Pentru contactul electric, în soluția internă este plasat un electrod auxiliar, reversibil la ionii soluției interne, a cărui activitate este constantă, drept urmare și potențialul este constant. Pe suprafețele interioare și exterioare ale membranei apare o diferență de potențial, în funcție de diferența de activitate a ionilor din soluțiile externe și interne. Teoria apariției potențialului de membrană este prezentată în lucrare. Practic, apariția potențialului se explică prin permeabilitatea membranelor fie numai pentru cationi (cation-selectiv), fie doar pentru anioni (anion-selectiv).

· 04.01.2012

Multe articole despre apă menționează valori negative ORP ale fluidelor interne ale corpului și energia membranelor celulare (energia vitală a corpului).

Să încercăm să ne dăm seama despre ce vorbim și să înțelegem sensul acestor afirmații din punct de vedere al științei populare.

Multe concepte și descrieri vor fi date în formă prescurtată, iar informații mai complete pot fi obținute de pe Wikipedia sau din linkurile oferite la sfârșitul articolului.

(Sau citolema, sau plasmalema, sau membrana plasmatica) separă conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând integritatea acesteia; reglează schimburile dintre celulă și mediul extern.

Membrana celulară este atât de selectivă încât, fără permisiunea ei, nici măcar o singură substanță din mediul extern nu poate pătrunde accidental în celulă. Nu există o singură moleculă inutilă, inutilă în celulă. Ieșirile din celulă sunt, de asemenea, controlate cu atenție. Funcționarea membranei celulare este esențială și nu permite nici cea mai mică eroare. Introducerea unei substanțe chimice dăunătoare într-o celulă, furnizarea sau eliberarea de substanțe în exces sau eșecul excreției deșeurilor duce la moartea celulei.

Atacă radicalii liberi

Bariera - asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea membranei la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietăți chimice. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și aprovizionate cu substanțele necesare.

Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine ​​integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere.

Pentru elemente K, N / AȘi Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care se reface potențialul de membrană. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.

Transport - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea optimă a pHși concentrația de ioni care sunt necesari pentru funcționarea enzimelor celulare.

Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită energie; ultimele două sunt procese active asociate cu consumul de energie.

În transportul pasiv, substanțele traversează stratul dublu lipidic fără a consuma energie de-a lungul unui gradient de concentrație prin difuzie.

Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană, inclusiv faza AT, care pompează activ ionii de potasiu în celulă ( K+) și pompează ionii de sodiu din ea ( Na+).

Implementarea generarii si conducerii biopotentialelor. Cu ajutorul unei membrane se menține o concentrație constantă de ioni în celulă: concentrația ionică K+în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na+ semnificativ mai scăzut, ceea ce este foarte important, deoarece aceasta asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.

Marcarea celulelor- există antigene pe membrană care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.

Potenţial de acţiune

Potenţial de acţiune- o undă de excitație care se deplasează de-a lungul membranei unei celule vii în timpul transmiterii unui semnal nervos.

În esență, este o descărcare electrică - o schimbare rapidă pe termen scurt a potențialului într-o zonă mică a membranei unei celule excitabile (neuron, fibre musculare sau celulă glandulare), în urma căreia suprafața exterioară a acestei celule. zona devine încărcată negativ în raport cu zonele învecinate ale membranei, în timp ce suprafața sa interioară devine încărcată pozitiv în raport cu zonele învecinate ale membranei.

Potenţial de acţiune este baza fizica un impuls nervos sau muscular care joacă un rol de semnalizare (reglare).

Potențialele de acțiune pot varia în parametrii lor în funcție de tipul de celulă și chiar de diverse zone membrane ale aceleiași celule. Cel mai tipic exemplu de diferențe este potențialul de acțiune al mușchiului inimii și potențialul de acțiune al majorității neuronilor.

Cu toate acestea, la baza oricărui potenţial de acţiune sunt urmatoarele fenomene:

1. Membrana unei celule vii este polarizată- suprafața sa interioară este încărcată negativ în raport cu suprafața exterioară datorită faptului că în soluția de lângă suprafața sa exterioară există un număr mai mare de particule încărcate pozitiv (cationi), iar în apropierea suprafeței interioare există un număr mai mare de particule negative. particule încărcate (anioni).
2. Membrana are permeabilitate selectivă- permeabilitatea acestuia la diferite particule (atomi sau molecule) depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietățile chimice ale acestora.
3. Membrana unei celule excitabile este capabilă să-și schimbe rapid permeabilitatea pentru un anumit tip de cationi, determinând o tranziție a sarcinii pozitive din exterior spre interior.

Polarizarea membranei unei celule vii se datorează diferenței de compoziție ionică pe părțile sale interioare și exterioare.

Când celula este într-o stare liniștită (neexcitată), ionii de pe părțile opuse ale membranei creează o diferență de potențial relativ stabilă, numită potențial de repaus. Dacă introduceți un electrod într-o celulă vie și măsurați potențialul membranei de repaus, acesta va avea o valoare negativă (aproximativ -70..-90 mV). Acest lucru se explică prin faptul că sarcina totală pe partea interioară a membranei este semnificativ mai mică decât pe partea exterioară, deși ambele părți conțin cationi și anioni.

În exterior există un ordin de mărime mai mulți ioni de sodiu, calciu și clor, în interior sunt ioni de potasiu și molecule de proteine ​​încărcate negativ, aminoacizi, acizi organici, fosfați, sulfați.

Trebuie să înțelegem că vorbim în mod specific despre încărcarea suprafeței membranei - în general, mediul atât în ​​interiorul, cât și în exteriorul celulei este încărcat neutru.

Proprietățile active ale membranei, care asigură apariția unui potențial de acțiune, se bazează în principal pe comportamentul sodiului dependent de tensiune ( Na+) și potasiu ( K+) canale. Faza inițială a AP este formată din curentul de sodiu de intrare, canalele de potasiu ulterior se deschid și cele de ieșire. K+- curentul readuce potentialul membranei la nivelul initial. Concentrația inițială de ioni este apoi restabilită de pompa de sodiu-potasiu.

Pe măsură ce PD progresează, canalele se deplasează de la o stare la alta: y Na+ există trei canale principale de stat - închis, deschis și inactivat (în realitate problema este mai complicată, dar acestea trei sunt suficiente pentru a descrie); K+ Există două canale - închis și deschis.

concluzii

1. ORP al fluidului intracelular are într-adevăr o sarcină negativă

2. Energia membranelor celulare este legată de viteza de transmitere a semnalului nervos, iar ideea de „reîncărcare” a fluidului intracelular cu apă cu un ORP și mai negativ mi se pare îndoielnică. Cu toate acestea, dacă presupunem că pe drumul către celulă apa își va pierde semnificativ potențialul redox, atunci această afirmație are o semnificație foarte practică.

3. Funcționarea defectuoasă a membranei din cauza unui mediu nefavorabil duce la moartea celulelor

Stratul bimolecular de fosfolipide formează baza oricărei membrane celulare. Continuitatea sa determină bariera și proprietățile mecanice ale celulei. În timpul vieții, continuitatea stratului dublu poate fi întreruptă cu formarea de defecte structurale, cum ar fi prin pori hidrofili. Este destul de firesc să ne așteptăm la asta. În acest caz, toate funcțiile membranei celulare se schimbă, inclusiv permeabilitatea și stabilitatea.

Fosfolipidele, care formează baza membranelor celulare, aparțin cristalelor lichide. Ca în orice cristal real, un film de fosfolipide poate conține defecte, la locul cărora se dezvoltă principalele evenimente de rearanjare structurală. Tipurile de defecte sunt diverse, dar cel mai natural defect pentru un strat dublu este un defect, cum ar fi un poru hidrofil traversant.

În filmul lipidic bimolecular al membranei celulare apar pori, dacă excludem deteriorarea pur mecanică, ca urmare a fluctuațiilor termice ale suprafeței dublu strat, defectarea electrică, înghețarea filmului, acțiunea agenților tensioactivi, presiunea osmotică, peroxidarea lipidelor etc. Unul dintre cele mai tipice și mai bine studiate exemple de destabilizare a membranelor biologice este hemoliza eritrocitelor. Acest fenomen include stadiul inițial umflarea celulelor într-un mediu hipotonic ca urmare a acțiunii forțelor de presiune osmotică. În timpul umflării celulelor, membrana se întinde, ceea ce determină o creștere a tensiunii membranei. La un anumit prag de tensiune apar pori lipidici hidrofili. Dimensiunile porilor sunt suficiente pentru eliberarea de molecule de hemoglobină și substanțe cu greutate moleculară mică. Eliberarea substanțelor este la rândul său însoțită de o scădere a diferenței de presiune osmotică, în timp ce tensiunea membranei scade și porii sunt vindecați. Proteinele citoscheletice permit celulelor roșii din sânge să-și mențină forma și se formează așa-numita umbră a globulelor roșii. Umbra păstrează activitatea osmotică și astfel procesul de destabilizare devine ciclic. În acest caz, nu are loc distrugerea mecanică completă a celulei, similară cu un balon de săpun. În absența unui citoschelet sau a dezvoltării sale insuficiente, rezistența mecanică a celulei este în întregime determinată de soarta porilor lipidici. Dacă porul este mai mic decât dimensiunea critică, atunci se vindecă. În caz contrar, creșterea nelimitată a porilor duce la distrugerea membranei.

Modelul porilor critici. Să luăm în considerare un model al unui por lipidic (Fig. 15). Vom presupune că suprafața laterală a porului are forma unui cilindru circular. Mai mult, să presupunem că suprafața laterală a cilindrului este curbată și are o rază de curbură h/2. Raza porilor este r. După cum se poate observa, stratul dublu lipidic este în general plat, iar porul are două raze de curbură h/2 și r. Curbura suprafeței la interfața lipide-apă este însoțită de apariția unei presiuni suplimentare, numită presiune Laplace și egală cu

P = 2s 1 /r

unde s 1 este tensiunea interfacială din interiorul porului, r este raza de curbură.

Fig. 15. Structura unui por lipidic hidrofil: h - grosimea dublului strat lipidic; h/2 - raza de curbură a peretelui; r - raza porilor.

În modelul luat în considerare există două astfel de raze (h/2 și r) și, prin urmare, două presiuni. Unul dintre ele P (h/2) promovează expansiunea, iar celălalt P (r) promovează compresia porilor. Soarta ulterioară a porului depinde de raportul dintre aceste două presiuni. Dacă P (h/2) > P (r), porul se va extinde, iar dacă P (h/2) este mai mic decât P (r), atunci porul va curge.

Să luăm în considerare energia porilor. După cum s-a stabilit mai sus, două forțe opuse acționează la limita porilor, dintre care una, tensiunea liniară a marginii perimetrului porului, promovează creșterea porului, iar a doua forță, tensiunea superficială a stratului dublu, provoacă comprimarea porului. . Energia marginii porului este proporțională cu prima putere a razei și crește energia totală, energia tensiunii superficiale este proporțională cu pătratul razei și reduce energia totală. Ca urmare, energia totală E (r) este egală cu

E(r) = 2pr 2 s

unde primul termen este determinat de energia marginii porilor cu tensiunea liniară g, iar al doilea de energia tensiunii superficiale s.

Tinand cont de instabilitatea echilibrului, se poate sustine ca aparitia porilor cu r>r* (r*=g/s) se va inchide si stabilitatea membranei va ramane. Acesta este un criteriu pentru stabilitatea unei membrane cu două straturi lipidice.

Defectarea electrică a membranei. Membranele biologice sunt expuse unui câmp electric de mare intensitate creat de difuzia ionilor prin membrană și pompele ionice electrogenice. Diferența de potențial dintre citoplasmă și mediul extracelular ajunge la aproximativ 0,1 V, grosimea membranei nu depășește 10 nm, ceea ce înseamnă că puterea câmpului este de 10 7 V/m. Membrana este un izolator electric mai avansat decât mulți izolatori lichidi utilizați în tehnologie. Potențialul de membrană dintr-o celulă vie poate ajunge la 0,2 V (alge de apă dulce, bacterii, mitocondrii energizate). În celulele nervoase și musculare excitabile, repolarizarea pe termen scurt a membranei are loc cu creșterea amplitudinii potențiale. Cu toate acestea, defalcarea membranei celulare prin propriul potențial de membrană este puțin probabilă. În același timp, creșterea potențialului membranei ca urmare a expunerii la un câmp electric extern poate atinge o valoare care depășește pragul de defecțiune electrică. În acest caz, apar defecte structurale, cum ar fi prin porii lipidici. S-a numit metoda dezvoltată de defalcare electrică a membranelor celulare electroporațieși este utilizat pe scară largă în biotehnologie.

În fizică sub pană electricăînțelegeți o creștere bruscă a puterii curentului electric într-un mediu inițial slab conducător. Într-o celulă vie, un astfel de mediu este un strat lipidic bimolecular. Pentru un strat dublu lipidic în stare cristalină lichidă, potențialul membranei nu poate fi mai mic de 0,23 V. Stabilitatea membranelor dublu stratificate este determinată de probabilitatea apariției porilor cu o rază critică. Evident, orice factor care reduce înălțimea barierei energetice va crește această probabilitate. Astfel de factori includ o scădere a energiei marginii porului, o creștere a tensiunii superficiale și o creștere a potențialului membranei. Defalcarea electrică este însoțită de apariția unei game largi de pori lipidici de diferite raze, inclusiv razele canalelor de proteine ​​ion-selective. În prezent, metoda de expunere la un câmp electric extern este una dintre principalele biotehnologiei moderne. Se știe că este utilizat pentru creșterea porozității membranei (electroporație), introducerea ADN-ului (electrotransfecție), eliberarea celulelor din molecule mari (electropermeabilizare) și fuziunea celulară (electrofuziune).

Tranziția de fază termică a lipidelor membranare. Înghețarea stratului dublu lipidic ca urmare a unei tranziții de fază de la starea cristalină lichidă la gel este însoțită de apariția porilor lipidici. Este evident că, ca și în cazul defecțiunii electrice, soarta membranei va fi determinată de raportul dintre razele porilor formați și porii critici pentru această stare dublu strat.

Raza critică a unui por în starea de gel este semnificativ mai mică în comparație cu starea cristalină lichidă și nu depășește 2 nm în valoare absolută. Păstrarea stabilității pe termen lung a stratului dublu lipidic în starea de gel indică faptul că porii existenți și porii care apar în timpul tranziției de fază au dimensiuni mai mici de 2 nm. Înghețarea lipidelor membranei în timpul unei tranziții de fază este echivalentă cu defalcarea electrică a membranei de către un câmp electric extern de 0,5 V. Orice impact mecanic, fizic sau natura chimica, care afectează tensiunea superficială a stratului dublu lipidic, este un factor de risc în stabilizarea membranelor care conțin pori. Dezvoltarea acestei abordări face posibilă obținerea unui răspuns cantitativ la întrebarea importantă din punct de vedere biologic despre probabilitatea distrugerii sau vindecării membranelor în condiții de stres tipice ale unei celule vii.

Raza critică a porilor din membranele în stare lichidă cristalină în absența influente externe, atinge 9 nm. Această valoare este atât de semnificativă încât probabilitatea de rupere mecanică a membranelor celulare în condiții fiziologice este foarte mică. Ruperea unei membrane în această stare este posibilă numai atunci când porul capătă dimensiuni proporționale cu grosimea membranei. Experiența arată că distrugerea completă a stratului dublu lipidic este posibilă numai cu manipulări mecanice brute sau defalcare electrică ireversibilă a lipidelor (gl), stare de gel (gel), defalcare electrică (ep), atunci când se combină starea de gel cu defalcarea electrică (gel + ep). ).

Dimensiunile critice ale porilor pentru un strat dublu lipidic în starea cristalină lichidă (9 nm) depășesc semnificativ dimensiunile porilor reali. Membranele în diferite condiții de stres au o marjă semnificativă de siguranță, efectul defecțiunii electrice și înghețarea stratului dublu este aditiv. Prin urmare, un astfel de rezultat poate fi de așteptat cu alte combinații de influențe fizice și chimice. În acest fel, efectul stresului, indiferent de natura sa fizico-chimică, poate fi evaluat cantitativ și rezultatul acestuia poate fi prezis în cadrul modelului luat în considerare. Model al formării porilor în timpul tranziției de fază. O estimare independentă a mărimii porilor poate fi obținută prin examinarea V.F. propusă. Antonov și colegii au modelat formarea porilor. În timpul tranziției de fază de la starea cristalină lichidă la gel, conform analizei de difracție cu raze X, are loc o modificare a grosimii stratului dublu și a zonei per moleculă de lipide. Ținând cont de cooperativitatea tranziției de fază, se poate presupune că moleculele din domeniile care au trecut în faza de gel și cele care rămân în stare lichid cristalină se vor afla în condiții diferite. Față de starea de echilibru, moleculele din domeniul fazei de gel vor fi întinse, iar în starea lichid cristalină vor fi comprimate. Va apărea stres elastic, ceea ce va duce la distrugerea structurii dublu strat.

Porii lipidici și permeabilitatea membranei. Din punct de vedere al permeabilității, porii lipidici sunt fundamental diferiți de canalele proteice datorită originii și dinamicii lor excepționale. În timp ce canalele proteice au dimensiuni strict definite care rămân pe toată durata de viață a celulei, dimensiunile porilor lilidal în timpul procesului de scurgere variază foarte mult. Cu toate acestea, această variabilitate; are o limită. Dacă raza porilor este mai mică decât cea critică, atunci porul în procesul de curgere trebuie să treacă prin toate razele intermediare și să atingă o dimensiune minimă. Întrebarea posibilității unei scurgeri complete a porilor lipidici rămâne deschisă. Se presupune că strângerea completă a porilor este împiedicată de forțe puternice de hidratare care se manifestă atunci când pereții porilor hidrofili se apropie unul de celălalt. Porii naturali, spre deosebire de canalele ionice proteice, nu au o selectivitate pronunțată, care se corelează cu dimensiunile lor inițiale relativ mari. Este clar, totuși, că în timpul procesului de scurgere, porii lipidici pot atinge dimensiuni arbitrar mici, inclusiv cele comparabile cu dimensiunea canalelor ionice proteice, ceea ce poate duce la o redistribuire a curenților de ioni în membrană, de exemplu, în timpul excitației. . De asemenea, se știe că, după dezactivarea efectului de stres, membrana lipidică cu două straturi poate reveni la o stare cu conductivitate scăzută, ceea ce înseamnă că porii ating o dimensiune insuficientă pentru trecerea ionilor hidratați. Astfel, porii lipidici hidrofili sunt universali prin faptul că pot fi utilizați de celule pentru a transporta substanțe cu molecul mare, ioni și molecule de apă.

Cercetările privind permeabilitatea porilor lipidici se dezvoltă în prezent în două direcții: în prima se studiază cei mai mari pori, în a doua, dimpotrivă, se studiază porii lipidici cu raza minimă. În primul caz, vorbim despre electro-transfecție - o metodă de introducere a moleculelor de ADN în celule vii sau lipozomi în scopul transferului și introducerii intracelulare a materialului genetic străin. S-a dovedit că un câmp electric extern de mare intensitate promovează pătrunderea unei molecule gigantice de ADN în particulele de membrană. Dimensiunea maxima Porul critic corespunde stării lichide cristaline a stratului dublu lipidic în absența unui câmp electric extern și este egal cu 9 nm. Aplicarea unui câmp electric extern de 100 kV/m reduce raza critică a porilor la 1 nm în 0,2 s. Deoarece membranele sunt păstrate, dimensiunea porilor lipidici din ele nu depășește această limită inferioară. Paradoxul este că diametrul efectiv al unei bobine statistice de ADN, care ar trebui să cadă în interiorul particulei, ajunge la 2000 nm. Prin urmare, molecula de ADN trebuie să pătrundă în membrană sub forma unei singure catene nerăsucite. Se știe că capătul firului are un diametru de 2 nm și astfel poate intra doar în por. Cu toate acestea, difuzarea liberă a unei catene de ADN într-un por este cu greu posibilă. Din păcate, mecanismul acestui fenomen nu este complet clar. Se presupune, în special, că molecula de ADN este capabilă să extindă porul și astfel să alunece prin membrană. Pătrunderea ADN-ului poate fi facilitată de forțele suplimentare de electroforeză și electroosmoză, ținând cont de sarcina negativă totală a moleculei de ADN. Este posibil ca porii cu capetele moleculei de ADN fixate în ei să joace rolul de ancoră care ține molecula într-un anumit loc lângă suprafața membranei veziculelor, iar procesul de transfer în sine este un tip de pinocitoză. Studiul acestui fenomen interesant din punct de vedere al permeabilității continuă,

A doua direcție de cercetare a permeabilității membranei cu participarea porilor lipidici este asociată cu transferul transmembranar al moleculelor și ionilor de apă. Fenomenul de permeabilitate ridicată la apă a membranelor celulare, cunoscut în biologie, este complet reprodus pe straturi lipidice artificiale, ceea ce implică participarea porilor lipidici hidrofili la acest proces.

Concluzia principală este că stabilitatea bistratului lipidic și a membranei celulare lipsite de schelă proteică este determinată de porii lipidici. Acești pori se formează în locurile de defecte ale structurii cristalelor lichide a stratului dublu lipidic. Porii lipidici apar ca urmare a fluctuațiilor termice ale suprafeței dublu strat și pot apărea, de asemenea, în timpul stresului membranar care însoțește tranziția de fază a lipidelor membranei, în timpul defecțiunii electrice și al lizei osmotice. Soarta membranei în aceste cazuri va depinde probabil de dacă porul lipidic depășește sau nu o anumită dimensiune critică. În primul caz, membrana se va rupe, în al doilea caz se va păstra structura acesteia. Menținând stabilitatea membranelor, porii se vindecă, trecând în același timp prin toate valorile razelor intermediare. Razele minime ale porilor lipidici pot deveni comparabile cu dimensiunile canalelor proteice selective care reglează în mod normal permeabilitatea ionică a membranelor celulare. În ultimele etape de absorbție, porii lipidici se pot transforma în pori de apă, accesibili doar moleculelor și ionilor de apă.

Membrane celulare

Membrane celulare

Imaginea unei membrane celulare. Micile bile albastre si albe corespund capetelor hidrofile ale lipidelor, iar liniile atasate acestora corespund cozilor hidrofobe. Figura prezintă doar proteinele membranare integrale (globule roșii și elice galbene). Puncte ovale galbene în interiorul membranei - molecule de colesterol Lanțuri galben-verzui de margele pe exteriorul membranei - lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul

O membrană biologică include, de asemenea, diverse proteine: integrale (pătrund prin membrana), semi-integrală (cufundată la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior), de suprafață (situată pe exteriorul sau adiacent părților interioare ale membranei). Unele proteine ​​sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular (dacă există unul) în exterior. Unele dintre proteinele integrale funcționează ca canale ionice, diverși transportatori și receptori.

Funcțiile biomembranelor

• bariera - asigura metabolismul reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomală protejează citoplasma de peroxizii care sunt periculoși pentru celulă. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea unei membrane la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietățile chimice ale acestora. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și aprovizionate cu substanțele necesare.

• transportul - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea pH-ului și concentrației ionice adecvate în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare.

Particule care, din orice motiv, nu pot traversa stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, din cauza proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiuni mari), dar necesare celulei, pot pătrunde în membrană prin proteine ​​transportoare speciale (transportatori) și proteine ​​canale sau prin endocitoză.

În timpul transportului pasiv, substanțele traversează bistratul lipidic fără consum de energie, prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță.

Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ionii de potasiu (K+) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na+) din ea.

• matrice - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora;

• mecanic - asigură autonomia celulei, structurile sale intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice, iar la animale, substanța intercelulară.

• energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, la care participă și proteinele;

• receptor - unele proteine ​​situate în membrană sunt receptori (molecule cu ajutorul cărora celula percepe anumite semnale).

De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmițătorii (substanțe chimice care asigură conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale din celulele țintă.

• enzimatice – proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.

• implementarea generarii si conducerii biopotentialelor.

Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K+ în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na+ este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.

• marcarea celulelor - există antigene pe membrană care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.

Structura și compoziția biomembranelor

Membranele sunt compuse din trei clase de lipide: fosfolipide, glicolipide și colesterol. Fosfolipidele și glicolipidele (lipide cu carbohidrați atașați) constau din două cozi lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un cap hidrofil încărcat. Colesterolul confera rigiditate membranei prin ocuparea spatiului liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor si impiedicandu-le sa se indoaie. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, iar cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai fragile. Colesterolul servește și ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din celulă și în celulă. O parte importantă a membranei este formată din proteine ​​care o pătrund și sunt responsabile pentru diferitele proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor diferă în diferite membrane.

Membranele celulare sunt adesea asimetrice, adică straturile diferă în ceea ce privește compoziția lipidelor, tranziția unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip-flop) este dificil.

Organele membranare

Acestea sunt secțiuni închise unice sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la membrane duble - nucleu, mitocondrii, plastide. Exteriorul celulei este delimitat de așa-numita membrană plasmatică. Structura membranelor diferitelor organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.

Permeabilitate selectivă

Membranele celulare au permeabilitate selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează lent prin ele, iar membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, dar altele nu. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită energie; ultimele două sunt procese active asociate cu consumul de energie.

Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine ​​integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care se reface potențialul de membrană. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.

Legături

• Bruce Alberts și colab. Biologia moleculară a celulei. - a 5-a ed. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - manual de biologie moleculară în limba engleză. limba

• Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. . - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - Moscova: Editura Universității din Moscova, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - Moscova: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistratul lipidic al membranelor biologice. - Moscova: Știință, 1982.

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - Moscova: Știință, 1994.

Vezi si

• Vladimirov Yu. A., Deteriorarea componentelor membranelor biologice în timpul proceselor patologice

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce sunt „membranele celulare” în alte dicționare:

Acest termen are alte semnificații, vezi Membrană O imagine a unei membrane celulare. Bilele mici albastre și albe corespund „capetelor” hidrofile ale lipidelor, iar liniile atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe. Figura arată... ... Wikipedia

- (din latinescul membrana skin, membrane), structuri supramoleculare complexe, foarte organizate, care leagă celulele (celulare, sau membranele plasmatice) și organele intracelulare, mitocondriile, cloroplastele, lizozomii etc. Ele reprezintă ... ... Enciclopedie chimică

Acest termen are alte semnificații, vezi Membrană O imagine a unei membrane celulare. Bilele mici albastre și albe corespund „capetelor” hidrofile ale lipidelor, iar liniile atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe. Figura arată... ... Wikipedia

PERMEABILITATE- capacitatea celulelor și țesuturilor de a absorbi, secreta și transporta substanțe chimice, trecându-le prin membranele celulare, pereții vaselor și celulele epiteliale. Celulele și țesuturile vii sunt într-o stare de schimb chimic continuu. substanțe cu mediul înconjurător. Principala barieră (vezi Funcțiile de barieră) în mișcarea substanțelor este membrana celulară. Prin urmare, din punct de vedere istoric, mecanismele lui P. au fost studiate în paralel cu studiul structurii și funcției membranelor biologice (vezi Membrane biologice).

Există P. pasiv, transport activ de substanțe și cazuri speciale de P. asociate cu fagocitoză (vezi) și pinocitoză (vezi).

În conformitate cu teoria membranei a lui P., P. pasiv se bazează pe tipuri diferite difuzia unei substanțe prin membranele celulare (vezi Difuzia

unde dm este cantitatea de substanță care se difuzează în timpul dt prin zona S; dc/dx este gradientul de concentrație al substanței; D este coeficientul de difuzie.

Orez. 1. Organizarea moleculară a unui antibiotic ionofor (valinomicina): a - formula structurală a unei molecule de valinomicină care conține șase aminoacizi dextrogitori (D) și șase levogitori (L), toate grupele laterale [-CH 3 -CH (CH 3) 2 ] sunt hidrofobe; b - reprezentarea schematică a configurației spațiale a complexului de valinomicină cu ion de potasiu (în centru). Unele dintre grupările carbonil ale complexului formează legături de hidrogen cu atomii de azot, în timp ce altele formează legături de coordonare cu cationul (ionul de potasiu). Grupările hidrofobe formează sfera hidrofobă exterioară a complexului și asigură solubilitatea acestuia în faza hidrocarburică a membranei; 1 - atomi de carbon, 2 - atomi de oxigen, 3 - cation (ion de potasiu), 4 - atomi de azot, 5 - legături de hidrogen, 6 - legături de coordonare. Ionul de potasiu „captat” de molecula de valinomicină este transportat de această moleculă prin membrana celulară și eliberat. În acest fel, se asigură permeabilitatea selectivă a membranei celulare pentru ionii de potasiu.

Când studiază permeabilitatea celulelor pentru o substanță dizolvată, în loc de un gradient de concentrație, ei folosesc conceptul de diferență a concentrațiilor unei substanțe care difuzează pe ambele părți ale membranei și, în loc de coeficientul de difuzie, folosesc coeficientul de permeabilitate. (P), care depinde și de grosimea membranei. Una dintre modalitățile posibile prin care substanțele pot pătrunde în celule este dizolvarea acestora în lipidele membranelor celulare, ceea ce este confirmat de existența unei relații direct proporționale între coeficientul de permeabilitate al unei clase mari de substanțe chimice. compuși și coeficientul de distribuție al substanței în sistemul ulei-apă. În același timp, apa nu respectă această dependență; rata de penetrare a acesteia este mult mai mare și nu este proporțională cu coeficientul de distribuție în sistemul ulei-apă. Pentru apa și substanțele cu molecularitate scăzută dizolvate în ea, cea mai probabilă metodă a P. este trecerea prin porii membranei. Astfel, difuzia substantelor prin membrana poate avea loc prin dizolvarea acestor substante in lipidele membranei; prin trecerea moleculelor prin pori polari formați din grupuri polare încărcate de lipide și proteine, precum și prin trecerea prin pori neîncărcați. Tipuri speciale sunt facilitate și difuzie de schimb, asigurate de proteine ​​și substanțe purtătoare liposolubile, care sunt capabile să lege substanța transportată pe o parte a membranei, să difuzeze cu ea prin membrană și să o elibereze pe cealaltă parte a membranei. Viteza de transfer de substanță prin membrană în cazul difuziei facilitate este mult mai mare decât în ​​difuziunea simplă. Rolul purtătorilor de ioni specifici poate fi îndeplinit de unele antibiotice (valinomicina, nigericina, monensin și o serie de altele), numite ionofori (vezi Ionofori). A fost descifrată organizarea moleculară a complexelor antibioticelor ionoforice cu cationi. În cazul valinomicinei (Fig. 1), s-a arătat că după legarea de un cation de potasiu, molecula de peptidă își schimbă conformația, luând aspectul unei brățări cu diametrul intern de cca. 0,8 nm, în care ionul de potasiu este reținut ca urmare a interacțiunilor ion-dipol.

Un tip comun de P. pasiv al membranelor celulare pentru substanțele polare este P. prin pori. Deși observarea directă a porilor din stratul lipidic al membranei este dificilă, datele experimentale indică existența lor reală. Datele despre proprietățile osmotice ale celulelor susțin și existența reală a porilor. Valoarea presiunii osmotice în soluțiile din jurul celulei poate fi calculată folosind formula:

π=σ CRT,

unde π este presiunea osmotică; C este concentrația substanței dizolvate; R - constanta de gaz; T - temperatura absolută; σ - coeficientul de reflexie. Dacă viteza de trecere a unei molecule de dizolvat prin membrană este comparabilă cu viteza de trecere a moleculelor de apă, atunci mărimile forțelor vor fi aproape de zero (nu există nicio modificare osmotică a volumului celulei); dacă membrana celulară este impermeabilă la o substanță dată, atunci valoarea lui σ tinde spre 1 (modificarea osmotică a volumului celular este maximă). Viteza de penetrare a moleculelor prin membrana celulară depinde de mărimea moleculei și, astfel, prin selectarea moleculelor de o anumită dimensiune și observarea modificării volumului celulelor într-o soluție dintr-o anumită substanță, mărimea porilor celulei poate fi determinat. De exemplu, membrana axonului calmarului este slab permeabilă la moleculele de glicerol, care au o rază de cca. 0,3 nm, dar permeabil la substanțe cu dimensiuni moleculare mai mici (tabel). Experimente similare cu alte celule au arătat că dimensiunile porilor din membranele celulare, în special în membranele eritrocitelor, Escherichia coli, celulele epiteliale intestinale etc., se încadrează destul de precis în intervalul 0,6-0,8 nm.

Celulele și țesuturile vii se caracterizează printr-o altă metodă de penetrare a substanțelor în și din celulă - transportul activ al substanțelor. Transportul activ este transferul unei substanțe printr-o membrană celulară (sau intracelulară) (transport activ transmembranar) sau printr-un strat de celule (transport activ transcelular), procedând împotriva unui gradient electrochimic (vezi Gradient). adică cu cheltuirea energiei libere a corpului (vezi Metabolism și energie). Sistemele moleculare responsabile de transportul activ al substanțelor sunt localizate în membrana celulară (sau intracelulară). În membranele citoplasmatice ale celulelor implicate în transportul activ al ionilor - celule musculare, neuroni, eritrocite, celule renale - enzima Na+, ATPaza independentă, care este implicată activ în mecanismele de transport ionic, se găsește în cantități semnificative (vezi Ion). transport). Mecanismul de funcționare al acestei enzime a fost cel mai studiat în eritrocite și axoni, care au o capacitate pronunțată de a acumula ioni de potasiu și de a elimina (pompa) ionii de sodiu. Se presupune că celulele roșii din sânge conțin un dispozitiv molecular - o pompă de potasiu-sodiu (pompa de potasiu-sodiu), care asigură absorbția selectivă a ionilor de potasiu și îndepărtarea selectivă a ionilor de sodiu din celulă, iar elementul principal al acestei pompe este Na. +, K + -ATPaza. Un studiu al proprietăților enzimei a arătat că enzima este activă numai în prezența ionilor de potasiu și sodiu, iar ionii de sodiu activează enzima din citoplasmă și ionii de potasiu din soluția înconjurătoare. Un inhibitor specific al enzimei este glicozidul cardiac ouabaina. Au fost descoperite și alte ATPaze de transport, în special cele care transportă ioni de Ca +2.

În membranele mitocondriilor este cunoscut un sistem molecular care asigură pomparea ionilor de hidrogen - enzima H + -ATPaza, iar în membranele reticulului sarcoplasmatic - enzima Ca++ -ATPaza. Mitchell (P. Mitchell), autorul teoriei chimiosmotice a fosforilării oxidative în mitocondrii (vezi Fosforilarea), a introdus conceptul de „transport secundar de substanțe”, care se realizează datorită energiei potențialului membranei și (sau) gradientul de pH. Dacă pentru ATPazele ionice mișcarea în contra-gradient a ionilor și utilizarea ATP sunt asigurate de același sistem enzimatic, atunci în cazul transportului activ secundar aceste două evenimente sunt asigurate de sisteme diferite și pot fi separate în timp și spațiu.

Penetrarea macromoleculelor mari de proteine ​​și a acizilor nucleici în celule. enzimele celulare și celulele întregi sunt efectuate prin mecanismul fagocitozei (captarea și absorbția particulelor solide mari de către celulă) și pinocitoză (captarea și absorbția de către o parte a suprafeței celulare a lichidului înconjurător cu substanțe dizolvate în acesta).

P. membranele celulare sunt mai importante pentru funcționarea celulelor și țesuturilor.

Transportul activ al ionilor și absorbția însoțitoare a apei în celulele epiteliului renal are loc în tubii proximali ai rinichiului (vezi Rinichi). Până la 1800 de litri de sânge trec zilnic prin rinichii unui adult. Proteinele sunt filtrate și rămân în sânge, 80% din săruri și apă, precum și toată glucoza, revin în sânge. Se crede că cauza principală a acestui proces este transportul activ transcelular al ionilor de sodiu, furnizat de ATPaza dependentă de Na+ K+ localizată în membranele celulare ale epiteliului bazal. Dacă în patul tubului proximal renal concentrația ionilor de sodiu este de cca. 100 mmol/l, apoi în interiorul celulei nu depășește 37 mmol/l; Ca rezultat, fluxul pasiv al ionilor de sodiu este direcționat în celulă. Pătrunderea pasivă a cationilor în citoplasmă este facilitată și de prezența potențialului de membrană (suprafața interioară a membranei este încărcată negativ). Acea. ionii de sodiu pătrund în celulă pasiv în conformitate cu concentrația și gradienții electrici (vezi Gradient). Eliberarea ionilor din celulă în plasma sanguină are loc împotriva concentrației și a gradienților electrici. S-a stabilit că tocmai în membrana bazală este localizată pompa de sodiu-potasiu, asigurând îndepărtarea ionilor de sodiu. Se presupune că anionii de clor se deplasează după ionii de sodiu prin spațiul intercelular. Ca urmare, presiunea osmotică a plasmei sanguine crește, iar apa din patul tubular începe să intre în plasma sanguină, asigurând reabsorbția sării și apei în tubii renali.

Sunt folosite diferite metode pentru a studia P pasiv și activ. Metoda atomilor marcați a devenit larg răspândită (vezi Izotopi, Medicamente radioactive, Cercetarea radioizotopilor). Pentru a studia metabolismul ionic al celulelor se folosesc izotopii 42 K, 22 Na și 24 Na, 45 Ca, 86 Rb, 137 Cs, 32 P și alții; a studia P. apei - apa cu deuteriu sau tritiu, precum si apa marcata cu oxigen (18O); pentru studiul metabolismului zaharurilor și aminoacizilor - compuși marcați cu carbon 14 C sau sulf 35 S; pentru studiul proteinelor P. - preparate iodate marcate cu 1 31 I.

Coloranții vitali sunt folosiți pe scară largă în cercetările lui P.. Esența metodei este de a observa la microscop viteza de penetrare a moleculelor de colorant în celulă. Pentru majoritatea coloranților vitali (roșu neutru, albastru de metilen, rodamină etc.), observațiile sunt efectuate în partea vizibilă a spectrului. Se folosesc și compuși fluorescenți, printre care se numără fluoresceina de sodiu, clortetraciclina, murexida etc. La studierea mușchilor, s-a demonstrat că absorbția moleculelor de colorant depinde nu numai de proprietățile membranei celulare, ci și de capacitatea de sorbție a structuri intracelulare, cel mai adesea proteine ​​si acizi nucleici.-t, cu care se leaga colorantii.

Pentru a studia P. apei și substanțelor dizolvate în ea se folosește metoda osmotică. În acest caz, folosind un microscop sau măsurând împrăștierea luminii a unei suspensii de particule, se observă modificarea volumului celular în funcție de tonicitatea soluției din jur. Dacă o celulă se află într-o soluție hipertonă, atunci apa din aceasta intră în soluție și celula se contractă. Efectul opus se observă într-o soluție hipotonă.

Din ce în ce mai mult, metode potențiometrice sunt folosite pentru a studia conductivitatea membranelor celulare (vezi Metoda de cercetare cu microelectrozi, Conductivitatea electrică a sistemelor biologice); o gamă largă de electrozi specifici ionilor permite studierea cineticii de transport a multor ioni anorganici (potasiu, sodiu, calciu, hidrogen etc.), precum și a unor ioni organici (acetați, salicilați etc.). Toate tipurile de membrane celulare P. sunt, într-un grad sau altul, caracteristice sistemelor membranare tisulare multicelulare - pereții vaselor de sânge, epiteliul rinichilor și membrana mucoasă a intestinelor și stomacului. În același timp, P. vasculară se caracterizează prin unele trăsături care se manifestă prin încălcarea P. vasculară (vezi mai jos).

Fiziologia patologică a permeabilității vasculare

Termenul „permeabilitate vasculară” a fost folosit pentru a desemna metabolismul histohematic și transcapilar, distribuția substanțelor între sânge și țesuturi, P. țesut, transferul hemolimfatic de substanțe și alte procese. Unii cercetători folosesc acest termen pentru a se referi la funcția trofică a structurilor de țesut capilar-conjunctiv. Ambiguitatea în utilizarea termenului a fost unul dintre motivele viziunilor contradictorii cu privire la o serie de probleme, în special cele legate de reglarea P vasculară. În anii 70. Secolului 20 termenul „permeabilitate vasculară” a început să fie folosit de Ch. arr. pentru a indica permeabilitatea selectivă sau funcția de transport de barieră a pereților microvaselor de sânge. Există tendința de a clasifica ca P vasculară și P. pereții nu numai ai microvaselor (sânge și limfatice), ci și a vaselor mari (până la aortă).

Se observă modificări ale P. vasculare. arr. sub formă de creştere a P. selectivă pentru macromolecule şi celule sanguine. Un exemplu tipic în acest sens este exsudația (vezi). Scăderea P. vasculară este asociată în principal cu impregnarea cu proteine ​​și compactarea ulterioară a pereților vasculari, care se observă, de exemplu, cu hipertensiunea arterială (vezi).

Există o opinie despre posibilitatea perturbării P. a peretelui vascular în principal în direcția interstițiului sau dinspre interstițiu în sânge. Cu toate acestea, mișcarea preferențială a substanțelor într-o direcție sau alta în raport cu peretele vascular nu dovedește încă legătura sa cu starea funcției de barieră-transport a peretelui vascular.

Principii de studiere a tulburărilor de permeabilitate vasculară

Evaluarea stării P. vasculare trebuie efectuată ținând cont de faptul că peretele vascular asigură delimitarea și legătura funcțională a două medii adiacente (sânge și mediul interstițial), care sunt principalele componente ale mediului intern al corp (vezi). Schimbul dintre aceste medii adiacente se realizează în general datorită microhemocirculației (vezi Microcirculația), iar peretele vascular cu funcția sa de barieră de transport acționează doar ca bază pentru specializarea organelor a schimbului histohematic. Prin urmare, o metodă de studiere a stării P. vasculare poate fi considerată adecvată numai atunci când permite evaluarea parametrilor calitativi ai metabolismului histohematic, ținând cont de specificul lor de organ și indiferent de starea microhemocirculației organului și de natura proceselor metabolice. care se formează în afara peretelui vascular. Din acest punct de vedere, cea mai adecvată dintre metodele existente este metoda microscopică electronică pentru studierea P. vasculară, care face posibilă observarea directă a căilor și mecanismelor de penetrare a substanțelor prin peretele vascular. Deosebit de fructuoasă a fost combinația dintre microscopia electronică cu așa-numita. indicatoare trasoare, sau trasoare, care marchează căile deplasării lor prin peretele vascular. Ca astfel de indicatori pot fi utilizate orice substanțe netoxice detectate prin microscopia electronică sau tehnici speciale (histochimic, autoradiografic, imunocitochimic etc.). În acest scop, se utilizează feritina proteică cu conținut de fier, diverse enzime cu activitate peroxidază, carbon coloidal (cerneală neagră purificată) etc.

Dintre metodele indirecte de studiere a stării funcției de barieră-transport a pereților vaselor de sânge, cea mai răspândită este înregistrarea pătrunderii prin peretele vascular a indicatorilor naturali sau artificiali care penetrează slab sau nu peretele în condiții normale. Dacă microhemocirculația este perturbată, ceea ce se observă adesea în cazurile de P. vasculară, aceste metode pot fi neinformative și apoi ar trebui combinate cu metode de monitorizare a stării microhemocirculației, de exemplu. folosind biomicroscopia sau indicatori usor difuzibili al caror metabolism histohematic nu depinde de starea P. vasculara si metabolismul tisular. Dezavantajul tuturor metodelor indirecte bazate pe înregistrarea acumulării de substanțe indicator în afara patului vascular este necesitatea de a lua în considerare o mulțime de factori care pot afecta semnificativ nivelul indicatorului în zona studiată. În plus, aceste metode sunt mai degrabă inerte și nu permit studierea modificărilor pe termen scurt și reversibile ale P. vasculară, în special în combinație cu modificări ale microcirculației. Aceste dificultăți pot fi depășite parțial folosind metoda vasului marcat, care se bazează pe determinarea pătrunderii în peretele vascular a unui indicator slab difuz care se acumulează în perete și îl pătează. Zonele colorate (etichetate) sunt detectate cu ajutorul unui microscop cu lumină și sunt dovezi de deteriorare a endoteliului. Carbonul coloidal poate fi folosit ca indicator, formând acumulări întunecate ușor detectabile în locurile de încălcare gravă a barierei endoteliale. Modificările în activitatea de transport microvezicular nu sunt înregistrate prin această metodă și este necesar să se utilizeze alți indicatori transportați prin endoteliu de către microvezicule.

Posibilitățile de studiere a tulburărilor P. vasculare într-un cadru clinic sunt mai limitate, deoarece majoritatea metodelor bazate pe utilizarea indicatorilor micromoleculari ușor difuzibili (inclusiv radioizotopi) nu permit o evaluare fără ambiguitate a stării funcției de barieră-transport a pereților. a vaselor de sânge.

O metodă relativ utilizată se bazează pe determinarea diferențelor cantitative ale conținutului de proteine ​​din probele de sânge arterial și venos prelevate simultan (vezi testul Landis). Atunci când se calculează procentul de pierdere de proteine ​​din sânge în timpul tranziției acestuia de la patul arterial la cel venos, este necesar să se cunoască procentul de pierdere de apă, care este determinat de diferența de hematocrit al sângelui arterial și venos. În studiile lor pe oameni sănătoși, V.P. Kaznacheev și A.A. Dzizinsky (1975) au derivat următoarele valori ca indicatori ai P. normală a vaselor membrelor superioare: pentru apă în medie 2,4-2,6%, pentru proteine ​​4-4,5% , adică atunci când 100 ml de sânge trec prin patul vascular în limfă. canalul curge cca. 2,5 ml apă și 0,15-0,16 g proteine. În consecință, în corpul uman ar trebui să se formeze cel puțin 200 de litri de limfă pe zi, ceea ce este de zeci de ori mai mare decât cantitatea reală de producție zilnică de limfă în corpul unui adult. Evident, dezavantajul metodei este presupunerea că, potrivit Krom, diferențele de hematocrit al sângelui arterial și venos sunt explicate doar printr-o modificare a conținutului de apă din sânge datorită eliberării acesteia dincolo de patul vascular.

În pană. În practică, starea P. vasculară regională este adesea judecată după prezența unor acumulări interstițiale sau cavitare de lichid liber bogat în proteine. Cu toate acestea, atunci când se evaluează starea P. vasculară, de exemplu. în cavitatea abdominală se poate trage o concluzie eronată, deoarece microvasele metabolice ale acestor organe și țesuturi sunt caracterizate în mod normal de P. mare pentru macromolecule din cauza discontinuității sau porozității endoteliului lor. O creștere a presiunii de filtrare în astfel de cazuri duce la formarea unei efuzii bogate în proteine. Sinusurile venoase și sinusoidele sunt deosebit de permeabile la moleculele de proteine.

Trebuie remarcat faptul că o eliberare crescută a proteinelor plasmatice în țesut și dezvoltarea edemului tisular (vezi) nu însoțesc întotdeauna o creștere a P. vasculară Microvasele (capilare și venule), al căror endoteliu este în mod normal slab permeabil la macromolecule. , dobândesc defecte endoteliale; Prin aceste defecte, indicatorii introduși în fluxul sanguin - macromolecule și microparticule - pătrund ușor în spațiul subendotelial. Cu toate acestea, nu există semne de edem tisular - așa-numitul. forma needematoasa de tulburare de permeabilitate vasculara. Un fenomen similar se observă, de exemplu, în mușchii animalelor în timpul dezvoltării unui proces neurodistrofic în ei asociat cu secțiunea nervului motor. Modificări similare în țesuturile umane au fost descrise, de exemplu, în timpul îmbătrânirii și diabetul zaharat, când așa-numitul capilare acelulare, adică schimb de microvase cu celule endoteliale parțial sau complet descuamate (nu există nici semne de edem tisular). Toate aceste fapte indică, pe de o parte, relativitatea legăturii dintre edemul tisular și o creștere a tensiunii arteriale vasculare, iar pe de altă parte, existența unor mecanisme extravasculare responsabile de distribuția apei și a substanțelor între sânge și țesuturi.

Factori care afectează permeabilitatea vasculară

Factorii care afectează permeabilitatea vasculară sunt împărțiți în mod convențional în două grupe: exogeni și endogeni. Factorii exogeni ai P. tulburărilor vasculare de natură variată (fizice, chimice etc.) sunt la rândul lor împărțiți în factori care afectează direct peretele vascular și funcția de barieră de transport, de exemplu, histamina introdusă în patul vascular, diverse toxine, etc. .), și factori de P. încălcarea acțiunii indirecte, al cărei efect este mediat prin factori endogeni.

Factorii endogeni deja cunoscuți ai tulburărilor P. vasculare (histamină, serotonina, kinine) au început să includă un număr mare de alții, în special prostaglandine (vezi), iar acestea din urmă nu numai că măresc P. vascular, ci și sporesc efectul altora. factori; mulți dintre factorii endogeni sunt produși de diferite sisteme de enzime sanguine (sistemul factorului Hageman, sistemul complementului etc.).

Ele cresc P. vasculară și complexele imune. Din factorul responsabil de creșterea „întârziată” a P. vasculară în timpul dezvoltării fenomenului Arthus, Yoshinaga (1966) a izolat pseudoglobulina; Kuroyanagi (1974) a descoperit un nou factor P., pe care l-a numit Ig-PF. Prin proprietățile sale, diferă semnificativ de histamina, kinine, anafilatoxină și kalikreină, acționează mai mult decât histamina și bradikinina și este inhibată de vitaminele K1 și K2.

Mulți factori care afectează P. vascular sunt produși de leucocite. Astfel, o protează este asociată cu suprafața neutrofilelor, formând un mediator peptidic neutru din proteinele plasmatice care crește P vascular. Substratul proteic al proteazei are un mol. greutate (masă) 90.000 și diferă de kininogen.

Lizozomii și granulele specifice de celule sanguine conțin proteine ​​cationice care pot perturba P vascular. Acțiunea lor este mediată de histamina mastocitară.

Diferiți factori endogeni ai tulburării P. vasculare acționează în țesuturi simultan sau secvențial, provocând inflamație. vascular P. schimbări de fază. În acest sens, se disting modificările precoce, întârziate și tardive ale P vasculare.Faza precoce este faza de acțiune a histaminei (vezi) și a serotoninei (vezi). A doua fază se dezvoltă după o perioadă de bunăstare imaginară, la 1-3 ore după accidentarea inițială - faza lentă sau întârziată; dezvoltarea lui este determinată de acţiunea kininelor (vezi) sau a prostaglandinelor. Dezvoltarea acestor două faze depinde de nivelul complementului și este inhibată de serul imunitar anti-complementar. La o zi după leziune, se dezvoltă a treia fază, asociată cu acțiunea enzimelor cito- și proteolitice eliberate din lizozomii leucocitelor și limfocitelor. În funcție de natura agentului dăunător primar, numărul de faze poate varia. În faza incipientă, P. vasculară este perturbată. arr. la nivelul venulelor, în fazele ulterioare procesul se extinde în patul capilar și arteriole.

Recepția factorilor de permeabilitate de către peretele vascular. Factorii endogeni ai tulburărilor P. reprezintă cel mai important grup de cauze ale tulburărilor vasculare P.. Unii dintre ei se găsesc în țesuturi în formă finită (histamină, serotonină) și, sub influența diferitelor influențe patogene, sunt eliberați din depozit, care sunt jucate de mastocite și celule sanguine (bazofile, trombocite). Alți factori sunt produsul diferitelor substanțe biochimice. sisteme atât la locul avariei primare, cât și la distanță de acesta.

Întrebările privind originea factorilor P. sunt în sine importante pentru rezolvarea problemelor practice de prevenire și tratare a tulburărilor vasculare P. Cu toate acestea, apariția factorului P. nu este încă suficientă pentru a perturba P. vascular. Pentru ca factorul P. să poată devenit un adevărat factor în tulburările P. vasculare, trebuie „observat”, adică primit, de peretele vascular (cu excepția cazului în care are o capacitate de destructurare ca agenții citolitici). Se știe, de exemplu, că histamina introdusă în fluxul sanguin general perturbă P. vasculară doar în anumite organe și țesuturi, în timp ce în alte țesuturi (creier, țesut pulmonar, endoneur etc.) nu este eficientă. La broaște, introducerea serotoninei și a bradikininei în patul vascular nu provoacă perturbarea P vasculară. Cu toate acestea, motivele ineficienței histaminei în ambele cazuri sunt diferite.

Conform datelor moderne, endoteliul microvaselor metabolice la animalele cu sânge cald și la oameni este sensibil la un număr mare de agenți diferiți, adică se caracterizează printr-o capacitate mare de receptor. În ceea ce privește histamina, unul dintre principalii factori ai P., care provoacă o tulburare acută și semnificativă (deși pe termen scurt) a P. vasculară, datele experimentale indică prezența în endoteliu a două tipuri de receptori de histamină H1 și H2, care joacă roluri diferite în mecanismul de acţiune al histaminei. Stimularea receptorilor H1 este cea care duce la disfuncția vasculară, care este caracteristică acțiunii histaminei.

Sub influența unor factori endogeni ai P., în special histamina, se observă tahifilaxia (vezi) și utilizarea repetată (după 30 de minute) a agentului nu mai perturbă P vascular. O astfel de insensibilitate temporară a endoteliului microvascular nu se explică prin temporară. blocarea receptorilor corespunzători, deși în În unele cazuri acest lucru poate fi cazul. În cazul histaminei, mecanismul tahifilaxiei, conform unor informații, are o localizare non-receptor. Acest lucru este dovedit, în special, de dezvoltarea tahifilaxiei încrucișate, atunci când utilizarea histaminei duce la dezvoltarea rezistenței endoteliale nu numai la histamina însăși, ci și la sărurile de lantan, care ocolesc receptorii. Apariția tahifilaxiei încrucișate poate fi unul dintre motivele ineficacității factorilor P. individuali care acționează simultan sau secvenţial.

Baza ultrastructurală și mecanismele efectoare ale tulburărilor de permeabilitate vasculară

Orez. 2. Căi și mecanisme ale metabolismului transcapilar în condiții normale (a) și patologie (b): 1 - difuzie transcelulară; 2 - difuzie și ultrafiltrare în zona joncțiunilor intercelulare strânse; 3 - difuzie și ultrafiltrare în zona conexiunilor intercelulare simple; 4 - transport microvezicular ocolind joncțiunile intercelulare strânse; 3a și 4a - canale intercelulare patologice, cum ar fi „golurile de histamină”; 5 - transport microvezicular; 6 - formarea unui canal transcelular prin fuziunea microveziculelor; 7 - vacuole fagocitare în pericite; 8 - microparticule de indicator de permeabilitate vasculară (BM - membrana bazală, EN1, EN2, EN3 - celule endoteliale, PC - pericite).

Studiile microscopice electronice au arătat că morfolul. baza pentru creșterea P. vasculară este formarea de canale largi în zona conexiunilor intercelulare în endoteliu (Fig. 2). Astfel de canale, sau „scurgeri”, sunt adesea numite goluri de histamină, deoarece formarea lor este tipică acțiunii histaminei asupra peretelui vascular și a fost studiată mai întâi în detaliu tocmai în timpul acțiunii sale. Se formează goluri de histamina. arr. în pereții venulelor acelor organe și țesuturi în care nu există bariere histogematice cu permeabilitate scăzută precum bariera hemato-encefalică etc. Discrepanțele locale în contactele intercelulare au fost găsite în tulburări de neuroreglare, mecanice, termice, chimice și alte tipuri de afectarea țesuturilor, sub acțiunea diverșilor bioregulatori (serotonina, bradikinina, prostaglandinele E1 și E2 etc.). Întreruperea contactelor intercelulare are loc, deși cu mare dificultate, în capilare și arteriole și chiar în vasele mai mari. Ușurința formării golurilor de histamină este direct proporțională cu slăbiciunea structurală inițială a conexiunilor intercelulare, marginea crește în timpul trecerii de la arteriole la capilare și de la capilare la venule, atingând un maxim la nivelul venulelor postcapilare (pericitice).

Ineficacitatea histaminei în perturbarea P. vasculară a unor organe este bine explicată tocmai din punctul de vedere al dezvoltării joncțiunilor strânse în endoteliul microvaselor acestor organe, de exemplu. creier

Din punct de vedere teoretic și practic, problema mecanismelor efectoare care stau la baza formării defectelor structurale precum golurile de histamină este importantă. Aceste modificări ultrastructurale sunt tipice tocmai pentru faza inițială a inflamației acute (vezi), când, conform I. I. Mechnikov (1891), creșterea P. vasculară este recomandată din punct de vedere biologic, deoarece aceasta asigură o eliberare crescută a fagocitelor la locul leziunii. Se poate adăuga că un randament plasmatic crescut în astfel de cazuri este, de asemenea, recomandabil, deoarece în acest caz anticorpii și agenții de protecție nespecifici sunt livrați la situs. Astfel, o creștere a P. vasculară în focarul inflamației poate fi considerată ca o stare specifică a funcției de barieră-transport a pereților micro-vaselor, adecvată noilor condiții de existență a țesuturilor, și o modificare a P. vasculară. în timpul inflamației și situațiilor similare - nu ca o încălcare, ci ca una nouă o stare funcțională care contribuie la restabilirea homeostaziei tisulare perturbate. Trebuie avut în vedere faptul că în unele organe (ficat, splină, măduvă osoasă), unde, în conformitate cu caracteristicile funcțiilor organelor, există un flux metabolic continuu al celulelor și macromoleculelor, „scurgerile” intercelulare sunt formațiuni normale și permanente. , reprezentând lacune de histamină exagerate, dar spre deosebire de golurile de histamină adevărate sunt capabile de existență pe termen lung. Adevăratele goluri de histamină se formează chiar în primele secunde după ce endoteliul este expus la mediatori ai inflamației acute și, în cea mai mare parte, după 10-15 minute. se inchid. Mecanismul de formare a golurilor de histamină este protector, determinat filogenetic și asociat cu o reacție stereotipă la nivel celular, declanșată de stimulare. tipuri diferite receptori.

Natura acestei reacții stereotipe a rămas neexplorată multă vreme. I. I. Mechnikov credea că o creștere a P. vasculară în timpul inflamației este asociată cu o reducere a celulelor endoteliale. Cu toate acestea, s-a constatat mai târziu că celulele endoteliale din vasele animalelor cu sânge cald nu aparțin categoriei de celule care își schimbă în mod activ forma ca celulele musculare. Rowley (D. A. Rowley, 1964) a sugerat că divergența celulelor endoteliale este o consecință a presiunii intravasculare crescute și a supraîntinderii asociate a endoteliului. Măsurătorile directe au dovedit inacceptabilitatea acestei ipoteze în raport cu venule și capilare, totuși, pentru vasele arteriale, aceasta are o anumită valoare, deoarece atunci când activitatea tonică a stratului muscular este perturbată, presiunea intravasculară ridicată poate provoca de fapt supraîntinderea endoteliului și deteriorarea contactelor intercelulare. Dar chiar și în acest caz, apariția golurilor de histamină în intime nu este întotdeauna asociată cu acțiunea presiunii transmurale. Robertson și Khairallah (A. L. Robertson, P. A. Khairallah, 1972) în experimente pe un segment izolat al aortei abdominale a unui iepure au arătat că se formează goluri largi în endoteliu sub influența angiotensinei II în locurile de rotunjire și scurtare a celulelor endoteliale. Morfol similar. modificări au fost găsite și în endoteliul microvaselor metabolice ale pielii cu aplicare locală a angiotensinei II, prostaglandinei E1 și trigliceridelor serice.

O. V. Alekseev și A. M. Chernukh (1977) au descoperit capacitatea celulelor endoteliale ale microvaselor metabolice de a crește rapid conținutul structurilor microfibrilare din citoplasmă, similare în morfolul lor. semne cu microfilamente de actină. Acest fenomen reversibil (așa-numitul fenomen de structurare operațională a aparatului microfibrilar) se dezvoltă sub influența factorilor care provoacă formarea de goluri intercelulare largi. Reversibilitatea fenomenului în cazul utilizării histaminei face dificilă identificarea și explică bine durata scurtă și reversibilitatea existenței lacunelor histaminei. Cu ajutorul citocalazinei-B, care blochează formarea microfibrilelor de actină, se dezvăluie semnificația patogenetică a acestui fenomen în mecanismul de formare a golurilor histaminice intercelulare. Aceste fapte indică faptul că celulele endoteliale au o capacitate latentă de a se contracta, care se realizează în condițiile în care nivelul anterior de P. vasculară este inadecvat și este necesară o modificare relativ rapidă și reversibilă. Modificarea P. vasculară acţionează, deci, ca un act special de biol. reglare, asigurând adaptarea funcției de barieră-transport a endoteliului vascular în concordanță cu noile nevoi locale care au apărut urgent în legătură cu modificările condițiilor de viață ale țesutului.

Prezența în țesuturi a unui mecanism de modificare a P. vasculară poate fi atribuită așa-numitului. factori de risc, deoarece activarea acestui mecanism în condiții inadecvate poate provoca o încălcare a homeostaziei țesuturilor și a funcției organelor, și nu o manifestare a acțiunii mecanismelor adaptative și de protecție. Principalele modalități de încălcare a P. vasculară sunt prezentate în diagramă. Modificările P. vasculare se bazează pe mecanisme care nu numai că duc la formarea canalelor intercelulare (goluri de histamină), dar afectează și activitatea suprafeței celulare (adică microvezicularea și transportul microvezicular, vacuolizarea și formarea de microbule). Rezultatul poate fi perforarea celulelor endoteliale cu formarea de canale transcelulare mai mult sau mai puțin extinse și de lungă durată.

O mare importanță în mecanismele P. vasculare este acordată modificărilor locale ale sarcinii electrice de suprafață, în special pe membranele care închid porii din capilarele fenestrate (de exemplu, glomeruli renali). Potrivit unor date, doar o schimbare a sarcinii poate fi baza pentru creșterea eliberării de proteine ​​din capilarele glomerulare. Acea. limitele teoriei porilor sunt dovedite, în conformitate cu tăierea lui P. depinde doar de dimensiunea și raportul porilor mari și mici ipotetici din pereții vaselor de sânge. În condiții patologice, se poate obține efectul de creștere a porozității endoteliale în diverse feluri: formarea de canale intercelulare, cum ar fi golurile de histamină; transport microvezicular și intravacuolar crescut; perforarea celulelor endoteliale pe baza microveziculării crescute, vacuolizării sau formării de microbule în endoteliu; distrugerea microfocală a celulelor endoteliale; descuamarea celulelor endoteliale; modificarea fizico-chimică proprietățile suprafeței celulelor endoteliale etc. (vezi Microcirculația ]]). Același efect poate fi obținut și datorită mecanismelor extra-perete, în special datorită modificărilor capacității de legare a macromoleculelor sanguine, cu care interacționează aproape toți indicatorii cunoscuți utilizați pentru a evalua starea P vasculară. În condiții patologice, cel mai adesea diferiți dintre ele acţionează simultan sau secvenţial mecanismele enumerate. Deci, de exemplu, histamina crește porozitatea peretelui vascular datorită formării de goluri de histamină în endoteliul venulelor, precum și prin influențarea suprafeței celulelor endoteliale și a proceselor de transport asociate cu activitatea sa și transformările ultrastructurale (formarea de transcelulare). pori, fenestre, microtubuli etc.). Trebuie avut în vedere că în acest caz grosimea celulelor endoteliale și adâncimea golurilor intercelulare se modifică adesea, ceea ce poate avea un impact semnificativ asupra permeabilității peretelui vascular ca barieră de difuzie. Problema comportamentului în condiții de patologie biochimică nu a fost deloc studiată. mecanisme care împiedică sau, dimpotrivă, facilitează pătrunderea substanţelor, în special a celor biologic active, prin peretele vascular. Se știe, de exemplu, că celulele endoteliale ale capilarelor cerebrale au în mod normal activitate enzimatică care distruge serotonina și astfel împiedică pătrunderea acesteia atât din sânge în creier, cât și în direcția opusă. Endoteliul capilarelor pulmonare contine kininaza II, care este localizata in vezicule micropinocitotice si asigura distrugerea bradikininei si in acelasi timp conversia angiotensinei I in angiotensina II (hipertensiune). Astfel, endoteliul exercită un fel de control asupra echilibrului bioregulatorilor umorali și influențează activ metabolismul histohematic al acestor agenți.

Intervenția direcționată se realizează la trei niveluri (vezi diagrama). Primul nivel - influența asupra procesului de formare a factorilor cauzali (prescripți) - practic nu este utilizat, deși există anumite medicamente care pot acționa tocmai la acest nivel. De exemplu, reserpina afectează depunerea factorilor care afectează P. în mastocite, care sunt principala sursă de mediatori ai inflamației acute (histamină și serotonina); medicamentele antiprostaglandine inhibă sinteza prostaglandinelor - acid acetilsalicilic etc.

Al doilea nivel este cel principal în practica dezvoltării mijloacelor de prevenire și tratare a tulburărilor vasculare, corespunde procesului de recepție a factorului cauzal. Un număr semnificativ de medicamente antihistaminice, antiserotonine și antibradikinine sunt utilizate pentru a preveni tulburările vasculare P. cauzate de mediatorii corespunzători. Avantajul și în același timp dezavantajul acestor medicamente, care acționează prin blocarea receptorilor specifici, este specificitatea lor ridicată. O astfel de specificitate le face ineficiente în condiții de multiplicitate a etiolului. factori care acţionează simultan sau secvenţial, ceea ce se observă de obicei într-o pană. practică. De asemenea, este important ca excluderea acțiunii unuia sau mai multor factori care determină dezvoltarea unei faze a tulburării P. vasculare nu exclude dezvoltarea fazelor ulterioare. Aceste deficiențe pot fi depășite printr-o intervenție de nivel al treilea.

Al treilea nivel este impactul asupra mecanismelor efectoare intracelulare (subcelulare), prin care se realizează direct acțiunea factorilor P. și sunt aceleași pentru acțiunea diferiților agenți patogeni. Realitatea și eficacitatea acestei abordări pot fi demonstrate experimental prin utilizarea unei substanțe (citocalazina-B), care inhibă fenomenul de structurare operațională a aparatului microfibrilar din celulele endoteliale (formarea gelului de actină și a microfibrilelor de actină).

În pană. În practică, pentru a normaliza creșterea P. vasculară, se utilizează vitamina P (vezi Bioflavonoide) și săruri de calciu. Cu toate acestea, aceste medicamente nu pot fi considerate ca fiind specifice pentru tratare. remedii pentru tulburările P. vasculare, deși au un efect restaurator asupra barierelor histohematice, membranelor și în special a peretelui vascular.

Pentru a crește P. vasculară, pot fi utilizați diverși factori P. endogeni, de exemplu. histamină sau substanțe care le eliberează din depozitele de țesuturi.

Bibliografie: Alekseev O. V. Homeostazia microcirculatorii, în cartea: Homeostasis, ed. P. D. Gorizontova, p. 278, M., 1976; Antonov V.F. Lipidele și permeabilitatea ionică a membranelor, M., 1982; Membrane biologice, ed. D. S. Parsons, trad. din engleză, M., 1978; D e Robert tis E., Novinsky V. și S a e s F. Cell biology, trad. din engleză, M., 1967; Celulă vie, trad. din engleză, ed. G. M. Frank, p. 130, M., 1962; K și z-nacheev V.P. şi D z i z i n cu k i y A. A. Clinical pathology of transcapilary exchange, M., 1975; Picior ușor E. Fenomene de transfer în sistemele vii, trans. din engleză, M., 1977; L a k sh m i n a r a i n a i a kh N. Electrozi cu membrană, trans. din engleză, L., 1979; Lev A. A. Modeling of ion selectivity of cell membranes, L., 1976; Ovchinnikov Yu. A., Ivanov V. T. și III k r despre b A. M. Complexoni activi pe membrană, M., 1974; Structura și funcția celulară, trans. din engleză, ed. G. M. Frank, p. 173, M., 1964; Troshin A. S. Problema permeabilității celulare, M. - L., 1956; Chernukh A. M., Aleksandrov P. N. și Alekseev O. V. Microcirculation, M., 1975; Di Rosa M., Giroud J. R. a. W 1 1-loughby D. A. Studii ale mediatorilor răspunsului inflamator acut indus la șobolani în diferite locuri de către carra-geenan și terebentină, J. Path., v. 104, p. 15, 1971; M a j n despre G. a. P a 1 a-de G. E. Studies on inflammation, I. The effect of histamine and serotonin on vascular permeability, an electron microscopic study, J. biophys. biochimie. Cytol., v. 11, p. 571, 1961; M a j n o G., S h e a S. M. a. Leventhal M. Racția de contact endotelial indusă de mediatori de tip histamină, J. Cell Biol., v. 42, p. 647, 1969: Shimamoto T. Contracția celulelor endoteliale ca mecanism cheie în aterogeneza și tratamentul aterosclerozei cu relaxanți ai celulelor endoteliale, în: Atherosclerosis III, ed. de G. Schettler a. A. Weizel, p. 64, V.-N. Y., 1974.

V. F. Antonov; O. V. Alekseev (pat. fizică).