Мембранные системы клетки и их проницаемость

Проницаемость

Проницаемость — это способность тканей, клеток и субклеточных структур (ядра клетки и др.) пропускать газы, воду и различные вещества. Проникновение веществ через биологические мембраны происходит пассивно или путем активного переноса с участием специальных механизмов. Проницаемость мембран для различных агентов зависит как от физико-химических свойств последних, так и от особенностей самих мембран.

Нарушения проницаемости могут возникать в результате действия разнообразных повреждающих факторов: высокой и низкой температуры, облучения, некоторых веществ (например, токсинов), недостатка кислорода, витаминов, гормонов и т. д. Нарушения проницаемости играют важную роль в патогенезе многих болезненных процессов: воспаления (см.), аллергии (см.), шока (см.), инфекционных заболеваний, нарушений выделительных процессов и др. Изменения проницаемости могут быть как проявлением защитной реакции, так и причиной многих тяжелых расстройств.

Проницаемость — это способность клеток и тканей пропускать и поглощать растворы и газы из окружающей среды и выделять их наружу. Проницаемость — общебиологическая проблема, связанная с взаимоотношением организма со средой, с обменом веществ и имеющая важное значение для физиологии и патологии.

Имеются следующие теории избирательной проницаемости клеток и тканей, по-разному трактующие субстрат и условия этого процесса. Согласно мембранной теории клеточной проницаемости распределение веществ между клеткой и средой объясняется наличием субмикроскопической мембраны, избирательно проницаемой для молекул и ионов. Протоплазма клеток считается коллоидом, в котором почти вся вода находится в свободном состоянии и обладает свойствами растворителя. В основе сорбционной теории проницаемости лежит представление о протоплазме как о несмешивающейся с водой фазе, в которой вода и ионы находятся в связанном состоянии. Поступление веществ в клетку регулируется всей протоплазмой и определяется факторами сорбции (растворимостью, химическим связыванием, адсорбцией и др.). По современным представлениям клеточные мембраны (см. Клетка) имеют общую толщину 70—80 А и состоят из двух параллельных слоев молекул липидов, ориентированных полярными группами к поверхности мембраны, с адсорбированными на них слоями белка. Кроме того, в цитоплазме имеется система мембранных образований, связанных с эндоплазматической сетью и митохондриями.

Низкомолекулярные вещества, вода, газы могут проникать в клетку под действием осмотических сил (см. Осмотическое давление), путем диффузии (см.) и ультрафильтрации (см.), без энергетических затрат (пассивный перенос). Для ионов проницаемость зависит от электрического заряда, градиента потенциала между наружной и внутренней поверхностью мембран.

Активным переносом обозначаются процессы, происходящие с затратой энергии, вырабатываемой в клетке в процессе метаболизма (фосфорилирование, дефосфорилирование, образование сложных комплексов веществ, наличие молекул-переносчиков, участие ферментов и т. д.). При этом вещества могут двигаться против градиента концентраций. Так, содержание ионов К в эритроцитах в 20 раз выше, чем ионов Na, однако ионы К накапливаются в них, а ионы Na выходят в плазму против 50-кратного градиента концентрации. Одним из способов проникновения веществ в клетку является пиноцитоз (см.). Процесс этот заключается в адсорбции веществ клеточной оболочкой, уменьшении ее поверхностного натяжения и впячивании внутрь цитоплазмы с образованием пиноцитарных вакуолей; впоследствии их оболочка разрушается, и вещества включаются в клеточный метаболизм.

Селективная проницаемость веществ зависит как от структуры и химического строения клеточных мембран, так и от размеров, электрического заряда, гидратации, растворимости веществ в липоидах. В отличие от сильных кислот и оснований, не проникающих в клетку, слабые кислоты и основания, в составе которых преобладают недиссоциированные молекулы, обладают большой проникающей способностью. При сдвиге активной реакции в кислую или щелочную сторону, сопровождающемся изменением степени диссоциации молекул, усиливается или ослабляется проникновение веществ в клетку. Так, установлено, что третичные аммониевые соединения, не несущие заряда, проникают в мозг, в отличие от ионизированных четвертичных аминов и их солей.

В организме многие ткани являются мембранами, обладающими избирательной проницаемостью (эндотелий капилляров и серозных полостей, кишечная стенка, эпителий кожи и др.). Проницаемость таких мембран зависит не только от составляющих их клеточных структур, но и от проницаемости межклеточного вещества. Важное значение имеет проницаемость гисто-гематических барьеров, регулирующих относительное постоянство внутренней среды органов и тканей (см. Барьерные функции).

Читайте также:  Гастроэнтерология - Ответы специалистов на вопросы по медицине (страница 4)

Нарушения проницаемости являются существенным звеном в патогенезе многих патологических процессов (аллергия, воспаление, отек, шок), в механизме изменений всасывания (см.), секреции, экскреции, обмена веществ. Особое значение в клинической патологии имеют нарушения проницаемости капилляров, наблюдаемые при многих инфекционных, токсических, аллергических и других заболеваниях (дизентерия, бруцеллез, скарлатина, грипп, ревматизм, брюшной и сыпной тифы, тонзиллит, нефрит и др.). Нарушения проницаемости сосудов отмечены при заболеваниях сердечно-сосудистой системы (ревматический панкардит, миокардит, септический эндокардит, гипертоническая болезнь, атеросклероз), органов дыхания (эмфизема легких, пневмония, пневмосклероз), почек, печени, кожи, нервной системы. Изменения сосудистой проницаемости характерны для разных стадий лучевой болезни.

Важное значение в патогенезе ряда заболеваний имеют также нарушения проницаемости гисто-гематических барьеров. В частности, проницаемость гематоэнцефалического барьера увеличивается при черепно-мозговой травме, воспалении оболочек мозга, некоторых формах эпилепсии, нарушениях мозгового кровообращения, шоке, лучевой болезни и других патологических процессах. Имеются данные о влиянии различных лекарственных веществ на проницаемость капилляров, гематоэнцефалического и других гисто-гематических барьеров, что позволяет регулировать нарушения проницаемости в условиях патологии.

ПРОНИЦАЕМОСТЬ КЛЕТОК И ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ

Лекция 3

План:

1. Проницаемость клеток для воды.. 2

2. Проницаемость клеток для неэлектролитов. 5

3. Проницаемость клеток для некоторых органических кислот и витальных красителей. 9

4. Проницаемость клеток для минералов. 10

Проблема клеточной проницаемости является одной из центральных в физиологии клетки. Она тесно связана с другими проблемами, такими, как регуляция обмена веществ, биоэлектрические явления, возбуждение клеток, проведение нервного импульса, сокращение, секреция, всасывание и др. В настоящее время накоплен большой фактический материал и высказано много гипотез о механизмах поступления веществ в нее.

Для своей жизнедеятельности клетки нуждаются в непрерывном притоке питательных веществ из окружающей среды и выведении продуктов метаболизма. Изучение механизмов поступления веществ в клетку и из клетки, а также выяснение причин неравномерного распределения веществ между клеткой и средой составляют содержание проблемы клеточной проницаемости.

Проницаемость клетки характеризуется скоростью прохождения веществ через клеточную поверхность, так называемым коэффициентом проницаемости (P). Он измеряется количеством вещества (Δm), которое проходит через единицу клеточной поверхности (S) за единицу времени (Δt) при разности концентраций данного вещества между клеткой и средой (Скл – Сср), равной единице:

О стационарном распределении веществ между клеткой и средой судят по величине коэффициента распределения (Q), равного отношению концентрации вещества в клетке (Скл) к его концентрации в среде (Сср):

Различные вещества проникают в клетку и выходят из клетки разными способами. Некоторые вещества перемещаются благодаря диффузии через водные (поры) и липидные фазы по градиенту концентрации; эти процессы протекают пассивно, без затраты энергии клеточного метаболизма. Однако многие минеральные и органические вещества проходят через клеточную мембрану благодаря активному транспорту. Он протекает с затратой энергии клеточного метаболизма. К активному транспорту относится и пиноцитоз. Это явление, аналогичное фагоцитозу, осуществляется при активном участии плазматической мембраны; клетка при этом поглощает из среды питательные вещества, растворенные в окружающей воде, в виде капелек раствора.

Дата добавления: 2015-10-09 ; просмотров: 287 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Влияние биологически активного вещества С14 на проницаемость клеточной мембраны зависит от ее исходного генетически детерминированного состояния

О.В. ОРЛОВА, В.Н. ОСЛОПОВ, С.А. СИДУЛЛИНА

Казанский государственный медицинский университет

Орлова Ольга Валериановна

аспирант кафедры фармации ФПК и ППС

В статье представлены результаты изучения изменений скорости Na + -Li + -противотранспорта (Na + -Li + -ПТ) в мембране эритроцита под влиянием биологически активного вещества [(С6Н5)3P + C14H29] Br — по методу M. Canessa et al. Исследование показало, что у лиц, имеющих мембранные нарушения («мембранный дефект» по Ю.В. Постнову), т.е. высокую скорость Na + -Li + -ПТ (IV квартиль), вещество С14 уменьшает эту исходно высокую проницаемость клеточных мембран — снижает скорость Na + -Li + -ПТ. У лиц, имеющих исходно самую низкую мембранную проницаемость, т.е. относящихся к I квартилю скорости Na + -Li + -ПТ, вещество С14 никакого влияния на проницаемость клеточных мембран не оказывает. У лиц, имеющих средние значения скорости Na + -Li + -ПТ, т.е. относящихся к III квартилю скорости Na + -Li + -ПТ, вещество С14 увеличивает эту проницаемость. Таким образом, различие в генетически детерминированной исходной проницаемости клеточной мембраны определяет различное влияние биологически активного вещества С14 на мембранную проницаемость in vitro.

Читайте также:  Польский гриб описание, рецепты приготовления Food and Health

Ключевые слова: биологически активное вещество, проницаемость мембран эритроцитов, Na + -Li + -противотранспорт.

O.V. ORLOVA, V.N. OSLOPOV, S.A. SIDYLLINA

Kazan State Medical University

Influence of biologically active substance С14 on permeability of a cell membrane depends on its initial genetically determined condition

The article presents the study results of speed change of Na + -Li + -counter transport (Na + -Li + —ПТ) in erythrocyte membrane under the influence of biologically active substance [(С6Н5)3P + C14H29] Br — according to method M. Canessa et al. The study showed that patients with membranous disorders («membrane defect» by YU.V. Postnov), i.e. high rate of Na +-Li +-PT (IV quartile), had initially high permeability of the cell membranes reduced by element С14 — speed of Na + -Li + —ПТ is reduced. Patients having initially very low membrane permeability, i.e. relating to the 1 st quartile of speed Na + -Li + —PT, С14 has no effect on the permeability of cell membranes. Patients having an average value of speed Na + -Li + -PT, i.e. relating to the 1 st quartile of speed Na + -Li + —PT, С14 increases the permeability. Thus, the difference in genetically determined initial permeability of the cell membrane determines the different effects of biologically active substance on the С14 membrane permeability in vitro.

Key words: biologically active substance, membranes’ permeability of erythrocytes, Na + — Li + —сounter transport.

Биодоступность биологически активных веществ (БАВ) характеризуется их высвобождением из лекарственных форм. Кинетику высвобождения вещества из лекарственной формы изучают методом равновесного диализа через полупроницаемую мембрану. Известно, что в качестве искусственных мембран используют тефлоновые мембраны [1], мембраны из силиконов, полиуретана, 2-полигидроксиэтиленметакрилата [2], производных целлюлозы. Однако результаты, полученные с использованием искусственных мембран, по ряду причин дают лишь относительное представление о проникновении лекарственных веществ из лекарственных форм через кожу. В биофармацевтических исследованиях для приближения экспериментальных моделей к условиям in vivo широко используются в качестве диализных мембран биологические объекты: обезволошенная кожа мыши [3], тонкие лоскуты кожи человека, взятой в процессе хирургического вмешательства, кожа человека после пластической операции, кожа трупа человека [4], сброшенная кожа змеи [5].

В последние годы для изучения проницаемости стали использовать мембраны клеток крови [6]. В качестве естественной модели для исследования общих характеристик, в том числе проницаемости всех биологических мембран, наиболее удобны эритроциты, так как была доказана корреляция между изменениями свойств мембран эритроцитов и клеточных мембран внутренних органов. Метаболические процессы, протекающие в клетках крови, в частности в эритроцитах, при стрессе и клинической патологии отражают реакцию клеток на уровне всего организма [7]. Мембрана эритроцита представляет собой пластичную молекулярную мозаику, состоящую из белков, липопротеинов и гликопротеинов и, возможно, чисто липидных участков. Перенос веществ через мембрану совершается в зависимости от их химических свойств разными способами: гидродинамически (путем диффузии) или путем проникновения через липидные участки. Некоторые вещества способны вступать в легко обратимые связи со встроенными в мембрану молекулами-переносчиками, и в дальнейшем они или пассивно, или в результате так называемой облегченной диффузии проходят через мембрану.

Оценить проницаемость клеточной мембраны по Na + можно, изучая облегченную диффузию Na + , осуществляемую белком-переносчиком, по методике M. Canessa и соавт. [8].

В.Н. Ослоповым были определены границы так называемых квартилей (КВ) популяционного распределения величин скорости Na + -Li + -противотранспорта (Na + -Li + -ПТ) в мембране эритроцита: I КВ — 38-203, II КВ 204-271, III КВ — 272-345, IV КВ — 346-730 микромолей Li на 1 литр клеток (эритроцитов) в час (мкМ Li). Условно можно считать, что величины скорости Na + -Li + -ПТ I КВ соответствуют низкой проницаемости по Na + , II КВ — средней, III КВ — умеренно высокой, IV КВ — высокой проницаемости по Na + [9, 10].

Читайте также:  Деформация желчного пузыря лечение

В наших предшествующих работах было показано, что вещество С14 [11], обладающее антибактериальным и фунгицидным действиями, по-разному влияет на скорость Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита у исследуемых, принадлежащих к I и III квартилям скорости Na + -Li + -ПТ [12]. В настоящей работе мы провели исследование проницаемости клеточной мембраны по Na + под влиянием вещества С14 у пациентов IV квартиля скорости Na + -Li + -ПТ, т.е. у лиц, имеющих наибольшую исходную высокую проницаемость по Na + (имеющих так называемые мембранные нарушения («мембранный дефект») по Ю.В. Постнову) [13].

Цель данного исследования — определить влияние трифенилтетрадецилфосфония бромида [(С6Н5)3P + C14H29] Br — (С14) на проницаемость мембран клеток по Na + in vitro путем измерения скорости Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита с позиции его различного исходного состояния.

Материал и методы

Исследования проводили на 15 здоровых добровольцах, соответствующих I КВ, III КВ и IV КВ скорости Na + -Li + -ПТ (по 5 человек в каждом квартиле). Ранее нами были подобраны параметры определения скорости Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита применительно к задачам исследования и концентрации этого вещества для исследования in vitro* [6,14]— заявка 2012101527 «Способ оценки влияния лекарственных веществ на проницаемость клеточных мембран по натрию» (РФ); заявл.16.01.2012; опубл. 10.06.2012, Бюл. № 16.

Изучали влияние различных концентраций С14 на скорость Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита in vitro. Определение скорости Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита (в микромолях лития на 1 л клеток в час) проводили по методу M. Canessa и соавт. [8], при котором изучают обмен внутриклеточного лития в загруженных этим ионом клетках на внеклеточный натрий и магний из среды инкубации.

Концентрацию лития регистрировали методом атомной абсорбционной спектрофотометрии в эмиссионном режиме (СА-455, г. Казань). Кровь в количестве 3 мл забирали из вены самотеком в пластиковые пробирки, смоченные гепарином (20 ЕД на 1 мл крови), содержимое перемешивали, пробирки помещали в контейнер с тающим льдом. Исследование состояло из следующих этапов: отделение эритроцитов, промывание эритроцитов, прединкубация — нагрузка литием эритроцитов (3 ч), промывание эритроцитов, инкубация — выход лития из эритроцитов (1 ч), определение концентрации лития, вычисление конечного результата. Исследуемое вещество в различных концентрациях вносили в среду В (среда с Na при 1 часовой инкубации). Исследования проводили со следующими концентрациями вещества С14: 0,001; 0,005; 0,01; 0,025; 0,05 мкМ. Оценку влияния изучаемого вещества на проницаемость клеточных мембран по Na + проводили путем подбора концентрации, которая не вызывала гемолиза эритроцитов; гемолиз определяли визуально. Средняя величина скорости Na + -Li + -ПТ у людей I КВ Na + -Li + -ПТ составила 188±8мкМ Li, у людей III КВ — 337±5 мкМ Li, у людей IV КВ — 568±5 мкМ Li (межквартильно р + -Li + -ПТ в мембране эритроцита под влиянием вещества С14 зависело от исходной проницаемости мембраны по Na + . У исследуемых, принадлежащих к I КВ скорости Na + -Li + -ПТ (низкая проницаемость мембран по Na + ), под влиянием всех изучаемых концентраций БАВ С14 изменения скорости Na + -Li + -ПТ не произошло (р>0,05).

У исследуемых, принадлежащих к III КВ (исходно умеренно высокая проницаемость по Na + ), при введении вещества [(С6Н5)3P + C14H29] Br (С14) в концентрациях 0,001 и 0,005 мкМ проницаемость по Na + увеличилась на 12,7 и 11,3% (р + -Li + -ПТ (исходно высокая проницаемость мембран по Na + ), при введении исследуемого БАВ С14 в концентрациях 0,001 и 0,005 мкМ проницаемость по Na + не изменилась, в то же время при концентрации 0,05 мкМ она понизилась на 8,2% соответственно (р + -Li + -ПТ (табл. 1, рис. 1).

Влияние фармакологически активного вещества [(С6Н5)3P + C14H29] Br — (С14) на скорость Na + -Li + -ПТ в мембране эритроцита (в мкМ Li, М±m) у индивидуумов I, III, IV квартилей скорости Na + -Li + -ПТ

Ссылка на основную публикацию
Мельников Александр Алексеевич − Главный врач клиники в Кунцево, врач высшей категории, стоматолог-т
Детская стоматология Дентал Фэнтези Дентал Фэнтези - лидер детской стоматологии в России. 4 клиники мирового уровня в Москве, в которых...
Межпальцевый дерматит у собак лечение, фото
Межпальцевый дерматит у собак встречается в осенне-весенний период, при нехватке витаминов В Причины заболевания межпальцевым дерматитом 1. Травматическое повреждение конечностей....
Межреберная невралгия — причины, симптомы и лечение — Медкомпас
Где прячется хитрая межреберная невралгия В медицинской практике нередки случаи, когда истинный недуг маскируется под другие заболевания Об авторе: Владимир...
Мембранные системы клетки и их проницаемость
Проницаемость Проницаемость — это способность тканей, клеток и субклеточных структур (ядра клетки и др.) пропускать газы, воду и различные вещества....
Adblock detector