Ainete transport läbi rakumembraanide. Monosahhariidide transportimiseks läbi membraanide on vajalikud transportvalgud Hemoglobiin transpordib glükoosi rakkudesse.

Glükoosi tarbimine rakkude poolt vereringest toimub ka hõlbustatud difusiooni tõttu.. Seetõttu sõltub glükoosi transmembraanse voolu kiirus ainult selle kontsentratsiooni gradiendist. Erandiks on lihas- ja rasvkoe rakud, kus hõlbustatud difusiooni reguleerib insuliin . Insuliini puudumisel on nende rakkude plasmamembraan glükoosi mitteläbilaskev, kuna see ei sisalda glükoosi kandvaid valke (transportereid). .

Glükoosi transportereid nimetatakse ka glükoosiretseptoriteks. Transporteril on membraani välisküljel glükoosi sidumiskoht. Pärast glükoosi lisamist muutub valgu konformatsioon, mille tulemusena seostub glükoos raku sisemuse poole jäävas piirkonnas valguga. Seejärel eraldatakse glükoos transporterist, mis liigub rakku.

Hõlpsustatud difusioon võrreldes aktiivse transpordiga takistab ioonide transporti koos glükoosiga, kui seda transporditakse mööda kontsentratsioonigradienti.

Süsivesikute imendumine soolestikus.

Monosahhariidide imendumine soolestikust toimub nii hõlbustatud difusioon spetsiaalsete kandevalkude (transporterite) abil. Lisaks transporditakse glükoosi ja galaktoosi enterotsüütidesse sekundaarne aktiivne transport sõltub naatriumioonide kontsentratsiooni gradiendist. Na + gradiendist sõltuvad transportervalgud tagavad glükoosi imendumise soole luumenist enterotsüütidesse kontsentratsioonigradiendi vastu. Selleks transpordiks vajaliku Na + kontsentratsiooni tagab Na + ,K + -ATPaas, mis töötab nagu pump, pumbates Na + rakust välja vastutasuks K + vastu.

Erinevalt glükoosist transpordib fruktoosi naatriumigradiendist sõltumatu süsteem.

Glükoosi transportijad(GLUT) leidub kõigis kudedes. GLUT-i on mitut sorti, need on nummerdatud vastavalt nende avastamise järjekorrale.

GLUT perekonna valkude struktuur erineb valkudest, mis transpordivad glükoosi läbi membraani soolestikus ja neerudes kontsentratsioonigradiendi vastu.

Kirjeldatud viiel GLUT-tüübil on sarnane põhistruktuur ja domeenikorraldus.

GLUT-1 tagab glükoosi ühtlase voolu ajju;

GLUT-2 leidub nende organite rakkudes, mis eritavad verre glükoosi. Glükoos siseneb enterotsüütidest ja maksast verre GLUT-2 osalusel. GLUT-2 osaleb glükoosi transportimisel pankrease β-rakkudesse;

GLUT-3-l on suurem afiinsus glükoosi suhtes kui GLUT-1-l. Samuti tagab see närvi- ja muude kudede rakkude pideva varustamise glükoosiga;

GLUT-4 on peamine glükoosi kandja lihasrakkudesse ja rasvkoesse;

GLUT-5 leidub peamiselt peensoole rakkudes. Selle funktsioonid pole hästi teada.

Igat tüüpi GLUT-e võib leida nii plasmamembraanis kui ka tsütosoolsetes vesiikulites. GLUT-4 (ja vähemal määral GLUT-1) paikneb peaaegu täielikult rakkude tsütoplasmas. Insuliini mõju sellistele rakkudele põhjustab GLUT-d sisaldavate vesiikulite liikumist plasmamembraanile, sellega liitumist ja transporterite liitumist membraaniga. Pärast seda on võimalik glükoosi hõlbustatud transport nendesse rakkudesse. Pärast insuliini kontsentratsiooni langust veres liiguvad glükoosi transportijad uuesti tsütoplasmasse ja glükoosi vool rakku peatub.

Glükoosi liikumine primaarsest uriinist neerutuubulite rakkudesse toimub sekundaarse aktiivse transpordi teel, sarnaselt glükoosi imendumisele soole luumenist enterotsüütidesse. Tänu sellele võib glükoos rakkudesse siseneda ka siis, kui selle kontsentratsioon primaarses uriinis on väiksem kui rakkudes. Sellisel juhul imendub glükoos primaarsest uriinist peaaegu täielikult (99%).

Glükoosi transportijate töös on teada mitmesuguseid häireid. Nende valkude pärilik defekt võib olla insuliinsõltumatu suhkurtõve aluseks. Samal ajal ei saa glükoosi transporteri tõrke põhjuseks olla mitte ainult valgu enda defekt. GLUT-4 funktsiooni rikkumised on võimalikud järgmistel etappidel:

insuliini signaali edastamine selle transporteri liikumise kohta membraanile;

transporteri liikumine tsütoplasmas;

kaasamine membraani;

membraani nöörimine jne.

lõplik süsivesikute hüdrolüüsi tooted V seedetrakti on ainult kolm ainet: glükoos, fruktoos ja galaktoos. Samal ajal moodustab glükoos peaaegu 80% nende monosahhariidide koguhulgast. Pärast soolestikus imendumist muudetakse suurem osa fruktoosist ja peaaegu kogu galaktoosist maksas glükoosiks. Selle tulemusena on veres vaid väike kogus fruktoosi ja galaktoosi. Transformatsiooniprotsesside tulemusena muutub glükoos ainsaks kõigisse keharakkudesse transporditavate süsivesikute esindajaks.

Asjakohased ensüümid, mis on vajalikud maksarakkudele monosahhariidide - glükoosi, fruktoosi ja galaktoosi - vastastikuse muundamise protsesside tagamiseks, on näidatud joonisel. Nende reaktsioonide tulemusena, kui maks vabastab monosahhariidid tagasi verre, on verre sisenev lõpptoode glükoos. Selle nähtuse põhjuseks on see, et maksarakud sisaldavad suur hulk glükoosfosfataas, seega saab glükoos-6-fosfaadi lagundada glükoosiks ja fosfaadiks. Seejärel transporditakse glükoos läbi rakumembraanide tagasi verre.

Tahaks rohkem korda alla joonida et tavaliselt moodustab üle 95% kõigist veres ringlevatest monosahhariididest transformatsiooni lõpp-produkt – glükoos.
Glükoosi transport läbi rakumembraani. Enne kui koerakud saavad glükoosi kasutada, tuleb see transportida läbi rakumembraanide tsütoplasmasse. Glükoos ei saa aga vabalt läbi rakumembraanide pooride difundeeruda, sest osakeste maksimaalne molekulmass peaks olema keskmiselt 100, samal ajal kui glükoosi molekulmass on 180. Samas võib glükoos tänu hõlbustatud difusioonimehhanismile suhteliselt kergesti rakkudesse siseneda. Selle mehhanismi põhitõdesid käsitleti 4. peatükis, meenutagem selle põhipunkte.

läbi ja lõhki raku lipiidmembraan, kandjavalgud, mille arv on membraanis piisavalt suur, võivad glükoosiga suhelda. Sellel seotud kujul saab glükoosi kandevalgu abil transportida membraani ühelt küljelt teisele ja seal eraldada; kui glükoosi kontsentratsioon on membraani ühel küljel suurem kui teisel, siis transporditakse glükoos sinna, kus selle kontsentratsioon on madalam, mitte vastupidises suunas. Glükoosi transport läbi rakumembraanide enamikus kudedes erineb järsult seedetraktis või neerutuubulite epiteelirakkudes täheldatust.

Mõlemas mainitud glükoosi transpordi juhtumid mida vahendab naatriumi aktiivse transpordi mehhanism. Aktiivne naatriumi transport annab energiat glükoosi omastamiseks kontsentratsioonigradiendi taustal. See naatriumiga seotud glükoosi transpordi aktiivne mehhanism esineb ainult spetsiaalsetes epiteelirakkudes, mis on kohandatud aktiivseks glükoosi imendumise protsessiks. Teistes rakumembraanides transporditakse glükoosi ainult kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madala kontsentratsiooniga piirkondadesse hõlbustatud difusioonimehhanismi abil, mis on võimalik tänu membraanis paikneva glükoosi transportvalgu eriomadustele.

Elulise tähtsusega on raku vahetus väliskeskkonnaga erinevate ainete ja energiaga vajalik tingimus tema olemasolu.

Järjepidevuse säilitamiseks keemiline koostis ja tsütoplasma omadused tingimustes, kus väliskeskkonna ja raku tsütoplasma keemilises koostises ja omadustes on olulisi erinevusi, peavad olema spetsiaalsed transpordimehhanismid, liigutades aineid valikuliselt läbi .

Eelkõige peavad rakkudel olema mehhanismid hapniku kohaletoimetamiseks ja toitaineid olemasolu keskkonnast ja metaboliitide eemaldamine sinna. Erinevate ainete kontsentratsioonigradiendid ei eksisteeri mitte ainult raku ja väliskeskkonna vahel, vaid ka raku organellide ja tsütoplasma vahel ning raku erinevate sektsioonide vahel täheldatakse ainete transpordivoogusid.

Infosignaalide tajumisel ja edastamisel on eriti oluline mineraalioonide kontsentratsioonide transmembraanse erinevuse säilitamine. Na+, K+, Ca2+. Rakk kulutab olulise osa oma metaboolsest energiast nende ioonide kontsentratsioonigradientide säilitamiseks. Ioonsetes gradientides salvestunud elektrokeemiliste potentsiaalide energia tagab raku plasmamembraani pideva valmisoleku reageerida stiimulitele. Kaltsiumi sisenemine tsütoplasmasse rakkudevahelisest keskkonnast või rakuorganellidest tagab paljude rakkude reageerimise hormonaalsetele signaalidele, kontrollib neurotransmitterite vabanemist ja käivitab.

Riis. Transpordiliikide klassifikatsioon

Ainete rakumembraanide läbimise mehhanismide mõistmiseks on vaja arvestada nii nende ainete kui ka membraanide omadustega. Transporditavad ained erinevad molekulmassi, ülekantud laengu, vees lahustuvuse, lipiidide ja paljude muude omaduste poolest. Plasmat ja teisi membraane esindavad suured lipiidide alad, millest rasvlahustuvad mittepolaarsed ained kergesti difundeeruvad ning vesi ja polaarse iseloomuga veeslahustuvad ained ei liigu. Nende ainete transmembraanseks liikumiseks on vajalik spetsiaalsete kanalite olemasolu rakumembraanides. Polaarsete ainete molekulide transport muutub raskemaks nende suuruse ja laengu suurenemisega (sel juhul on vaja täiendavaid ülekandemehhanisme). Ainete ülekandmine kontsentratsiooni ja muude gradientide vastu nõuab ka spetsiaalsete kandjate osalemist ja energiatarbimist (joonis 1).

Riis. 1. Lihtne, hõlbustatud difusioon ja ainete aktiivne transport läbi rakumembraanide

Makromolekulaarsete ühendite, supramolekulaarsete osakeste ja rakukomponentide transmembraanseks liikumiseks, mis ei suuda läbi membraanikanalite tungida, kasutatakse spetsiaalseid mehhanisme - fagotsütoos, pinotsütoos, eksotsütoos ja ülekanne läbi rakkudevaheliste ruumide. Seega saab erinevate ainete transmembraanset liikumist läbi viia erinevate meetoditega, mis tavaliselt jaotatakse vastavalt erikandjate neis osalemise tunnustele ja energiatarbimisele. Läbi rakumembraanide toimub passiivne ja aktiivne transport.

Passiivne transport- ainete ülekandmine läbi biomembraani mööda gradienti (kontsentratsioon, osmootne, hüdrodünaamiline jne) ja ilma energiakuluta.

aktiivne transport- ainete ülekandmine läbi biomembraani gradiendi vastu ja energiatarbimisega. Inimestel kulub seda tüüpi transpordile 30–40% kogu metaboolsete reaktsioonide käigus tekkivast energiast. Neerudes kasutatakse 70-80% tarbitavast hapnikust aktiivseks transpordiks.

Passiivne ainete transport

Under passiivne transport mõistma aine kandumist läbi membraanide erinevat tüüpi gradiente (elektrokeemiline potentsiaal, aine kontsentratsioon, elektriväli, osmootne rõhk jne), mis ei nõua selle rakendamiseks otsest energiakulu. Ainete passiivne transport võib toimuda lihtsa ja hõlbustatud difusiooni kaudu. On teada, et all difusioon mõista aineosakeste kaootilist liikumist erinevates keskkondades, mis on tingitud selle soojusvibratsiooni energiast.

Kui aine molekul on elektriliselt neutraalne, määrab selle aine difusiooni suuna ainult aine kontsentratsioonide erinevus (gradient) membraaniga eraldatud keskkonnas, näiteks raku välis- ja seespool. või selle sektsioonide vahel. Kui aine molekul, ioonid kannavad elektrilaengut, siis difusiooni mõjutavad nii kontsentratsioonide erinevus, selle aine laengu suurus kui ka laengute olemasolu ja märgid membraani mõlemal küljel. Membraanile mõjuvate kontsentratsiooni- ja elektriliste gradientide jõudude algebraline summa määrab elektrokeemilise gradiendi suuruse.

lihtne difusioon viiakse läbi teatud aine kontsentratsioonigradientide, elektrilaengu või osmootse rõhu tõttu rakumembraani külgede vahel. Näiteks Na+ ioonide keskmine sisaldus vereplasmas on 140 mM/l ja erütrotsüütides ligikaudu 12 korda väiksem. See kontsentratsiooni erinevus (gradient) loob edasiviiva jõu, mis tagab naatriumi ülemineku plasmast punastele verelibledele. Sellise ülemineku kiirus on aga madal, kuna membraanil on väga madal Na + ioonide läbilaskvus. Selle membraani kaaliumi läbilaskvus on palju suurem. Rakkude ainevahetuse energiat ei kulutata lihtsa difusiooni protsessidele.

Lihtsa difusiooni kiirust kirjeldab Ficki võrrand:

dm/dt = -kSΔC/x,

Kus dm/ dt- ajaühikus hajuva aine kogus; Kellele - difusioonikoefitsient, mis iseloomustab membraani läbilaskvust hajutava aine jaoks; S- difusiooni pindala; ∆C on aine kontsentratsioonide erinevus membraani mõlemal küljel; X on difusioonipunktide vaheline kaugus.

Difusioonivõrrandi analüüsist on selge, et lihtsa difusiooni kiirus on otseselt võrdeline aine kontsentratsioonigradiendiga membraani külgede vahel, membraani läbilaskvusega antud aine puhul ja difusioonipinna pindalaga.

Ilmselgelt on kõige lihtsam difusiooni teel läbi membraani liikuda ainetel, mille difusioon toimub nii piki kontsentratsioonigradienti kui ka piki elektrivälja gradienti. Siiski on oluline tingimus ainete difusiooniks läbi membraanide füüsikalised omadused membraan ja eriti selle aine läbilaskvus. Näiteks Na+ ioonid, mille kontsentratsioon on väljaspool rakku suurem kui selle sees ja plasmamembraani sisepind on negatiivselt laetud, peaksid kergesti rakku difundeeruma. Na+ ioonide difusioonikiirus läbi raku plasmamembraani puhkeolekus on aga väiksem kui K+ ioonidel, mis difundeeruvad rakust piki kontsentratsioonigradienti, kuna puhkeasendis oleva membraani läbilaskvus K+ ioonide jaoks on suurem kui Na+ ioonide jaoks.

Kuna membraani kaksikkihi moodustavate fosfolipiidide süsivesinikradikaalidel on hüdrofoobsed omadused, on hüdrofoobse olemusega ained, eriti lipiidides kergesti lahustuvad (steroidid, kilpnäärmehormoonid, mõned narkootilised ained ja jne). Hüdrofiilse olemusega madalmolekulaarsed ained, mineraalioonid, difundeeruvad läbi membraanide passiivsete ioonikanalite, mis on moodustunud kanaleid moodustavatest valgumolekulidest, ja võimalusel ka fosfolioidmolekulide membraani pakkimisdefektide kaudu, mis selle tulemusena tekivad ja kaovad membraanis. termilistest kõikumistest.

Ainete difusioon kudedes võib toimuda mitte ainult rakumembraanide, vaid ka muude morfoloogiliste struktuuride kaudu, näiteks süljest hamba dentiinikoesse läbi selle emaili. Sellisel juhul jäävad difusiooni rakendamise tingimused samaks kui rakumembraanide kaudu. Näiteks hapniku, glükoosi, mineraalioonide difusiooniks süljest hamba kudedesse peab nende kontsentratsioon süljes ületama kontsentratsiooni hamba kudedes.

Tavalistes tingimustes võivad mittepolaarsed ja väikesed elektriliselt neutraalsed polaarsed molekulid lihtsa difusiooni teel läbida märkimisväärses koguses fosfolipiidide kaksikkihti. Märkimisväärses koguses teisi polaarseid molekule transpordivad läbi kandevalgud. Kui aine transmembraanseks üleminekuks on vajalik kandja osalemine, siis kasutatakse termini asemel sageli mõistet "difusioon". aine transport läbi membraani.

Kerge difusioon, nagu ka aine lihtne “difusioon”, viiakse läbi selle kontsentratsioonigradienti mööda, kuid erinevalt lihtsast difusioonist osaleb aine membraani läbimises spetsiifiline valgumolekul, kandja (joonis 2).

Hõlbustatud difusioon- See on teatud tüüpi ioonide passiivne ülekanne läbi bioloogiliste membraanide, mis viiakse läbi kandja abil mööda kontsentratsioonigradienti.

Aine ülekandmine kandevalgu (transporteri) abil põhineb selle valgumolekuli võimel integreeruda membraani, tungides sellesse ja moodustades veega täidetud kanaleid. Kandja võib pöörduvalt seonduda ülekantud ainega ja muuta samal ajal pöörduvalt selle konformatsiooni.

Eeldatakse, et kandevalk on võimeline olema kahes konformatsioonilises olekus. Näiteks osariigis A sellel valgul on afiinsus transporditava aine suhtes, selle seondumiskohad on pööratud sissepoole ja see moodustab poori, mis on avatud membraani ühele küljele.

Riis. 2. Hõlbustatud difusioon. Kirjeldus tekstis

Pärast ainega kokkupuudet muudab kandevalk oma konformatsiooni ja läheb olekusse 6 . Selle konformatsioonilise transformatsiooni käigus kaotab kandja oma afiinsuse ülekantava aine suhtes, see vabaneb sidemest kandjaga ja kandub membraani teisel küljel asuvasse poori. Pärast seda naaseb valk uuesti olekusse a. Seda aine transporti transportervalgu abil läbi membraani nimetatakse uniport.

Hõlbustatud difusiooni kaudu saab madala molekulmassiga aineid, nagu glükoos, transportida interstitsiaalsetest ruumidest rakkudesse, verest ajju, mõned aminohapped ja glükoos primaarsest uriinist võivad neerutuubulites tagasi verre imenduda ning aminohapped ja monosahhariidid. võib imenduda soolestikust. Ainete transpordikiirus hõlbustatud difusiooni teel võib ulatuda kanali kaudu kuni 10 8 osakesteni sekundis.

Erinevalt aine ülekandekiirusest lihtsa difusiooni teel, mis on otseselt proportsionaalne selle kontsentratsioonide erinevusega mõlemal pool membraani, suureneb aine ülekandekiirus hõlbustatud difusiooni ajal proportsionaalselt membraani erinevuse suurenemisega. aine kontsentratsioonid kuni teatud maksimumväärtuseni, millest kõrgemal see ei suurene, hoolimata aine kontsentratsioonide erinevuse suurenemisest piki membraani mõlemat külge. Ülekande maksimaalse kiiruse (küllastumise) saavutamine hõlbustatud difusiooni protsessis on seletatav asjaoluga, et maksimaalse kiirusega on ülekandes kaasatud kõik kandevalgu molekulid.

vahetus difusioon- seda tüüpi ainete transpordiga võib toimuda membraani erinevatel külgedel paiknevate sama aine molekulide vahetus. Aine kontsentratsioon membraani mõlemal küljel jääb muutumatuks.

Vahetusdifusiooni variatsioon on ühe aine molekuli vahetamine teise aine ühe või mitme molekuli vastu. Näiteks veresoonte ja bronhide silelihasrakkudes, südame kontraktiilsetes müotsüütides on üks viis Ca2+ ioonide eemaldamiseks rakkudest vahetada need rakuväliste Na+ ioonide vastu. Iga kolme sissetuleva Na+ iooni kohta eemaldatakse rakust üks Ca2+ ioon. Tekib Na + ja Ca 2+ vastastikku sõltuv (seotud) liikumine läbi membraani vastassuundades (sellist transpordiliiki nimetatakse antiport). Seega vabaneb rakk liigsest kogusest Ca 2+ ioonidest, mis on vajalik tingimus siledate müotsüütide ehk kardiomüotsüütide lõdvestamiseks.

Ainete aktiivne transport

aktiivne transport ained läbi - see on ainete ülekandmine nende gradientide vastu, mis toimub metaboolse energia kulutamisega. Seda tüüpi transport erineb passiivsest selle poolest, et ülekanne toimub mitte mööda gradienti, vaid aine kontsentratsioonigradientide vastu ning see kasutab ATP või muud tüüpi energiat, mille loomiseks ATP kulus. varem. Kui selle energia otseseks allikaks on ATP, siis sellist ülekannet nimetatakse primaarseks aktiivseks. Kui ülekandel kasutatakse energiat (kontsentratsioon, keemiline, elektrokeemiline gradient), mis on varem salvestatud ATP-d tarbinud ioonpumpade töö tõttu, siis nimetatakse sellist transporti sekundaarseks aktiivseks ja konjugeeritud. Seotud, sekundaarselt aktiivse transpordi näide on glükoosi imendumine soolestikus ja selle reabsorptsioon neerudes Na ioonide ja GLUT1 transporterite osalusel.

Tänu aktiivsele transpordile on võimalik ületada mitte ainult kontsentratsiooni jõud, vaid ka elektrilised, elektrokeemilised ja muude ainete gradiendid. Primaarse aktiivtranspordi töö näitena võime vaadelda Na + -, K + - pumba tööd.

Esitatakse Na + ja K + ioonide aktiivne ülekanne valk-ensüüm- Na + -, K + -ATP-aas, mis on võimeline ATP-d lõhustama.

Valk Na K -ATPaas sisaldub peaaegu kõigi keharakkude tsütoplasmaatilises membraanis, moodustades 10% või rohkem kogu raku valgusisaldusest. Üle 30% kogu raku metaboolsest energiast kulub selle pumba tööks. Na + -, K + -ATPaas võib olla kahes konformatsioonilises olekus - S1 ja S2. S1 olekus on valgul afiinsus Na iooni suhtes ja 3 Na iooni kinnituvad selle kolme kõrge afiinsusega sidumissaidile, mis on pööratud raku sees. Na iooni lisamine stimuleerib ATPaasi aktiivsust ning ATP hüdrolüüsi tulemusena Na+ -, K+ -ATPaas fosforüülub fosfaatrühma ülekande tõttu sinna ja viib läbi konformatsioonilise ülemineku S1 olekust S2 olekusse. (joonis 3).

Valgu ruumilise struktuuri muutumise tulemusena pöörduvad Na ioonide seondumiskohad membraani välispinna poole. Seondumissaitide afiinsus Na+ ioonide suhtes väheneb järsult ja olles vabanenud sidemest valguga, kandub see rakuvälisesse ruumi. S2 konformatsioonilises olekus suureneb Na + -, K-ATPaasi tsentrite afiinsus K ioonide suhtes ja need kinnituvad rakuvälisest keskkonnast kaks K iooni. K-ioonide lisamine põhjustab valgu defosforüülimist ja selle pöördkonformatsioonilist üleminekut S2 olekust S1 olekusse. Koos sidumiskeskuste pöörlemisega membraani sisepinnale vabanevad kaks K iooni sidemest kandjaga ja kanduvad sisse. Selliseid ülekandetsükleid korratakse kiirusega, mis on piisav Na+ ja K+ ioonide ebaühtlase jaotumise säilitamiseks rakus ja rakkudevahelises keskkonnas puhkerakus ning sellest tulenevalt suhteliselt konstantse potentsiaalide erinevuse säilitamiseks üle erutuvate rakkude membraani.

Riis. 3. Na + -, K + -pumba töö skemaatiline esitus

Aine strofantiin (ouabain), mis on eraldatud rebasheina taimest, omab spetsiifilist võimet blokeerida Na + -, K + - pumba tööd. Pärast selle sisenemist kehasse Na + ioonide rakust väljapumpamise blokaadi tulemusena Na + -, Ca 2 -vahetusmehhanismi efektiivsuse vähenemine ja Ca 2+ ioonide akumuleerumine kontraktiilsesse. täheldatakse kardiomüotsüüte. See viib müokardi kontraktsiooni suurenemiseni. Ravimit kasutatakse südame pumpamisfunktsiooni puudulikkuse raviks.

Lisaks Na "-, K + -ATPaasile on veel mitut tüüpi transpordi-ATPaase ehk ioonpumpasid. Nende hulgas on pump, mis transpordib vesinikku (rakkude mitokondrid, neerutuubulite epiteel, mao parietaalrakud); kaltsium. pumbad (südamestimulaator ja kontraktiilsed rakud, vöötlihaste ja silelihaste lihasrakud) hoiuruumid (tsistern, sarkoplasmaatilise retikulumi pikituubulid).

Mõnes rakus kasutatakse Na + -, Ca 2+ pumba tööst tulenevaid transmembraanse elektrilise potentsiaali erinevuse ja naatriumi kontsentratsiooni gradiendi jõude, et teostada sekundaarset aktiivset tüüpi ainete ülekandmist läbi rakumembraani.

sekundaarne aktiivne transport Seda iseloomustab asjaolu, et aine ülekandmine läbi membraani toimub teise aine kontsentratsioonigradiendi tõttu, mis on loodud aktiivse transpordi mehhanismi abil koos ATP energia kuluga. Sekundaarset aktiivset transporti on kahte tüüpi: sümport ja antiport.

Sümptom nimetatakse aine ülekandeks, mis on seotud teise aine samaaegse ülekandmisega samas suunas. Sümportmehhanism transpordib joodi ekstratsellulaarsest ruumist kilpnäärme türotsüütidesse, glükoosi ja aminohappeid nende imendumise käigus peensoolde enterotsüütidesse.

Antiport nimetatakse aine ülekandeks, mis on seotud teise aine samaaegse ülekandmisega, kuid vastupidises suunas. Ülekandevastase mehhanismi näide on eelnevalt mainitud Na + -, Ca 2+ -vaheti kardiomüotsüütides, K + -, H + -vahetusmehhanismi töö neerutuubulite epiteelis.

Ülaltoodud näidetest on näha, et sekundaarne aktiivne transport toimub Na+ ioonide või K+ ioonide gradientjõudude abil. Na + ioon ehk K ioon liigub läbi membraani oma madalama kontsentratsiooni suunas ja tõmbab endaga kaasa teise aine. Sel juhul kasutatakse tavaliselt membraani sisse ehitatud spetsiifilist kandevalku. Näiteks toimub aminohapete ja glükoosi transport nende imendumisel peensoolest verre tänu sellele, et sooleseina epiteeli membraani valk-kandja seondub aminohappega (glükoosiga) ja Na + ioon ja alles siis muudab oma asendit membraanis selliselt, et kannab aminohappe ( glükoosi) ja Na+ iooni tsütoplasmasse. Sellise transpordi teostamiseks on vajalik, et Na + ioonide kontsentratsioon väljaspool rakku oleks palju suurem kui sees, mille tagab Na +, K + -ATP-aasi pidev töö ja metaboolse energia kulutamine. .

Süsivesikute ja ka muude ainete kasutamisel seisab keha silmitsi kahe ülesandega - imemine soolestikust verre transport verest koerakkudesse. Igal juhul on vaja membraani ületada.

Monosuhkrute transport läbi membraanide

Imendumine soolestikus

Pärast tärklise ja glükogeeni seedimist, pärast disahhariidide lagunemist sooleõõnes, glükoos ja muud monosahhariidid, mis peavad sisenema vereringesse. Selleks peavad nad ületama vähemalt enterotsüüdi apikaalse membraani ja selle basaalmembraani.

sekundaarne aktiivne transport

Kõrval sekundaarse aktiivse transpordi mehhanism glükoosi ja galaktoosi imendumine toimub soolestiku luumenist. Selline mehhanism tähendab, et suhkrute ülekandmisel kulutatakse energiat, kuid seda ei kulutata otseselt molekuli transpordile, vaid mõne teise aine kontsentratsioonigradiendi loomisele. Monosahhariidide puhul on selleks aineks naatriumiioon.

Sarnane glükoosi transpordi mehhanism on olemas ka torukujulises epiteelis. neerud, mis reabsorbeerib selle primaarsest uriinist.
Ainult kohalolek aktiivne transport võimaldab peaaegu kogu glükoosi väliskeskkonnast rakkudesse üle kanda.

Ensüüm Na+,K+-ATPaas pidevalt, vastutasuks kaaliumi eest, pumpab rakust välja naatriumioone, just see transport nõuab energiat. Soolestiku luumenis on naatriumisisaldus suhteliselt kõrge ja see seondub spetsiifilise membraanivalguga, millel on kaks seondumiskohta: üks naatriumile, teine ​​monosahhariidile. On tähelepanuväärne, et monosahhariid seondub valguga alles pärast seda, kui naatrium on sellega seondunud. Transportervalk rändab vabalt membraani paksuses. Valgu kokkupuutel tsütoplasmaga eraldub naatrium sellest kiiresti piki kontsentratsioonigradienti ja monosahhariid eraldub koheselt. Tulemuseks on monosahhariidide kogunemine rakus ja naatriumioonid pumbatakse välja Na +, K + -ATPaasiga.

Glükoosi vabanemine rakust rakkudevahelisse ruumi ja sealt edasi verre toimub tänu hõlbustatud difusioonile.

Glükoosi ja galaktoosi sekundaarne aktiivne transport läbi enterotsüütide membraanide

Passiivne transport

Erinevalt glükoosist ja galaktoosist, fruktoos ja teisi monosahhariide transpordivad alati naatriumgradiendist sõltumatud transportvalgud, st. hõlbustatud difusioon. Jah, edasi apikaalne enterotsüütide membraan sisaldab transportvalku Glut-5 mille kaudu fruktoos rakku difundeerub.

Glükoosi puhul kasutatakse sekundaarset aktiivset transporti, kui see madal kontsentratsioonid soolestikus. Kui glükoosi kontsentratsioon soole luumenis suurepärane, siis saab selle ka rakku transportida hõlbustatud difusioon valgu abil Glut-5.

Monosahhariidide imendumise kiirus soole luumenist epiteliotsüütidesse ei ole sama. Seega, kui glükoosi imendumise kiirus on 100%, siis on galaktoosi suhteline ülekandekiirus 110%, fruktoosi - 43%, mannoosi - 19%.

Transport verest läbi rakumembraanide

Pärast soolestikust voolavasse verre sisenemist liiguvad monosahhariidid portaalsüsteemi veresoonte kaudu maksa, püsivad selles osaliselt ja sisenevad osaliselt süsteemsesse vereringesse. Nende järgmine ülesanne on tungida elundite rakkudesse.

Glükoos transporditakse verest rakkudesse hõlbustatud difusioon piki kontsentratsioonigradienti kaasates kandjavalgud(glükoosi transporterid - "GluT"). Kokku eristatakse 12 tüüpi glükoosi transportereid, mis erinevad lokaliseerimise, glükoosi afiinsuse ja reguleerimisvõime poolest.

Glükoosi transportijad Glut-1 esinevad kõigi rakkude membraanidel ja vastutavad glükoosi põhilise transpordi eest rakkudesse, mis on vajalikud elujõulisuse säilitamiseks.

Funktsioonid Glut-2 on võime glükoosi läbida kahes suunas Ja madal afiinsus glükoosi juurde. Kandja esitatakse ennekõike sisse hepatotsüüdid, mis pärast söömist püüavad kinni glükoosi ning imendumisjärgsel perioodil ja paastu ajal varustavad sellega verd. See transporter on samuti olemas soole epiteel Ja neerutuubulid. Esineb membraanidel β rakud Langerhansi saartel transpordib GluT-2 glükoosi sissepoole kontsentratsioonides üle 5,5 mmol/l ja genereerib seeläbi signaali insuliinitootmise suurendamiseks.

Glut-3 on kõrge afiinsus glükoosiks ja see on esitatud närvikude. Seetõttu on neuronid võimelised absorbeerima glükoosi isegi madalal kontsentratsioonil veres.

Glut-4 leidub lihastes ja rasvkoes, ainult need transporterid on mõju suhtes tundlikud insuliini. Kui insuliin toimib rakule, jõuavad nad membraani pinnale ja kannavad glükoosi sisse. Neid kangaid nimetatakse insuliinist sõltuv.

Mõned koed on insuliini toime suhtes täiesti tundlikud, neid nimetatakse insuliinist mittesõltuv. Nende hulka kuuluvad närvikude klaaskeha, lääts, võrkkest, neeru glomerulaarrakud, endoteliotsüüdid, munandid ja erütrotsüüdid.

Glükoos siseneb rakkudesse vereringest hõlbustatud difusiooni teel kandevalkude – GLUT-de – abil. Glükoosi transportijad GLUT-idel on domeeniorganisatsioon ja neid leidub kõigis kudedes. GLUT-e on 5 tüüpi:
GLUT-1 - peamiselt ajus, platsentas, neerudes, jämesooles;
GLUT-2 - peamiselt maksas, neerudes, kõhunäärme β-rakkudes, enterotsüütides, esineb erütrotsüütides. On kõrge km;
GLUT-3 - paljudes kudedes, sealhulgas ajus, platsentas, neerudes. Sellel on suurem afiinsus glükoosi suhtes kui GLUT-1;
GLUT-4 - insuliinist sõltuv, lihastes (skeleti, südame), rasvkoes;
GLUT-5 - palju peensoole rakkudes, on fruktoosi kandja.

GLUT-id võivad olenevalt tüübist paikneda peamiselt nii plasmamembraanis kui ka tsütosoolsetes vesiikulites. Glükoosi transmembraanne transport toimub ainult siis, kui plasmamembraanis on GLUT-d. GLUT-de inkorporeerimine tsütosoolsete vesiikulite membraani toimub insuliini toimel. Insuliini kontsentratsiooni vähenemisega veres liiguvad need GLUT-d uuesti tsütoplasmasse. Koed, milles ilma insuliinita GLUT-d paiknevad peaaegu täielikult rakkude tsütoplasmas (GLUT-4 ja vähemal määral GLUT-1), osutuvad insuliinist sõltuvateks (lihased, rasvkude) ja koed, milles GLUT-d on valdavalt. asub plasmamembraanis (GLUT-3) - insuliinist sõltumatu.

GLUTide töös on teada mitmesuguseid rikkumisi. Nende valkude pärilik defekt võib olla insuliinsõltumatu suhkurtõve aluseks.

Monosahhariidide metabolism rakus.
Pärast soolestikus imendumist sisenevad glükoos ja teised monosahhariidid portaalveeni ja seejärel maksa. Maksas olevad monosahhariidid muudetakse glükoosiks või selle metabolismi saadusteks. Osa maksas olevast glükoosist ladestub glükogeeni kujul, osa kasutatakse uute ainete sünteesiks ning osa suunatakse vereringe kaudu teistesse organitesse ja kudedesse. Samal ajal hoiab maks glükoosi kontsentratsiooni veres tasemel 3,3-5,5 mmol / l.

Monosahhariidide fosforüülimine ja defosforüülimine.
Rakkudes fosforüülitakse glükoos ja teised monosahhariidid ATP abil fosfaatestriteks: glükoos + ATP → glükoos-6p + ADP. Heksooside puhul katalüüsib seda pöördumatut reaktsiooni ensüüm heksokinaas , millel on isovormid: lihastes - heksokinaas II, maksas, neerudes ja kõhunäärme β-rakkudes - heksokinaas IV (glükokinaas), kasvajakoe rakkudes - heksokinaas III. Monosahhariidide fosforüülimine põhjustab reaktiivsete ühendite moodustumist (aktiveerimisreaktsioon), mis ei suuda rakust lahkuda, kuna puuduvad vastavad kandjavalgud. Fosforüülimine vähendab vaba glükoosi kogust tsütoplasmas, mis hõlbustab selle difusiooni verest rakkudesse.

Heksokinaas II fosforüülib D-glükoosi ja aeglasemalt teisi heksoose. Kõrge afiinsus glükoosi suhtes (Km<0,1 ммоль/л), гексокиназа II обеспечивает поступление глюкозы в ткани даже при низкой концентрации глюкозы в крови. Так как гексокиназа II ингибируется глюкозо-6-ф (и АТФ/АДФ), глюкоза поступает в клетку только по мере необходимости.

Glükokinaas (heksokinaas IV) on madala afiinsusega glükoosi suhtes, on aktiivne maksas (ja neerudes) koos glükoosikontsentratsiooni suurenemisega (seedimise ajal). Glükoos-6-fosfaat ei inhibeeri glükokinaasi, mis võimaldab maksal piiranguteta eemaldada verest liigset glükoosi.

Glükoos-6-fosfataas katalüüsib fosfaatrühma pöördumatut lõhustumist hüdrolüütilistel vahenditel EPR-is: Glükoos-6-f + H 2 O → Glükoos + H 3 RO 4, esineb ainult maksas, neerudes ja sooleepiteelirakkudes. Saadud glükoos on võimeline nendest elunditest verre difundeeruma. Seega võimaldab maksa ja neerude glükoos-6-fosfataas tõsta madalat veresuhkru taset.

Glükoos-6-fosfaadi metabolism
Glükoosi-6-ph saab rakk kasutada mitmesugustes transformatsioonides, millest peamised on: katabolism koos ATP moodustumisega, glükogeeni, lipiidide, pentooside, polüsahhariidide ja aminohapete süntees.

GLÜKOGENI AINEVAHETUS.
Paljud koed sünteesivad glükogeeni glükoosi varuvormina. Glükogeeni süntees ja lagundamine maksas säilitab vere glükoosi homöostaasi.

Glükogeen - hargnenud ahelaga glükoosi homopolüsahhariid massiga >10 7 Da (50 000 glükoosijääki), milles glükoosijäägid on lineaarselt ühendatud α-1,4-glükosiidsidemega. Hargnemiskohtades, ligikaudu iga 10 glükoosijäägi järel, on monomeerid ühendatud α-1,6-glükosiidsidemetega. Vees lahustumatu glükogeen säilitatakse raku tsütosoolis 10-40 nm läbimõõduga graanulite kujul. Glükogeen ladestub peamiselt maksas (kuni 5%) ja skeletilihastes (kuni 1%). Keha võib sisaldada 0 kuni 450 g glükogeeni.

Glükogeeni hargnenud struktuur soodustab ensüümide tööd, mis eraldavad või lisavad monomeere.

Glükogeeni süntees (glükogenogenees)
Glükogeen sünteesitakse energiakuluga seedimise käigus (1-2 tundi pärast süsivesikute toidu sissevõtmist).

Glükogeeni süntees viiakse läbi juba olemasoleva polüsahhariidimolekuli pikenemise teel. seeme ", või" kruntvärv ". Praimer võib sisaldada valku glükogeniini, milles oligosahhariid (umbes 8 glükoosijäägist) on seotud Tyr-ga. Glükoosijäägid viiakse glükogeeni süntaasi abil üle oligosahhariidi mitteredutseerivasse otsa ja on seotud α-1,4-glükosiidsidemetega.

Kui lineaarset piirkonda pikendatakse ligikaudu 11 glükoosijäägini, kannab hargnev ensüüm oma 6-7 jääki sisaldava terminaliploki üle selle või teise ahela sisemisele glükoosijäägile, moodustades α-1,6-glükosiidsideme. Uus hargnemispunkt moodustatakse vähemalt 4 jäägi kaugusel igast olemasolevast hargnemiskohast.

Glükogeeni lagunemine (glükogenolüüs)
Glükogeeni lagunemine toimub glükoos-1-p järjestikuse lõhustamise teel vastusena organismi glükoosivajaduse suurenemisele. Reaktsiooni katalüüsib glükogeeni fosforülaas:

Glükogeeni fosforülaas koosneb 2 identsest subühikust (94500 Da). Mitteaktiivset vormi tähistab b, aktiivset vormi a. Aktiveeritud fosforülaas b kinaas iga subühiku fosforüülimise teel seriini 14. positsioonil.

Glükogeenfosforülaas lõhustab α-1,4-glükosiidsidemeid fosforolüüsi teel, kuni hargnemispunkti ette jääb 4 glükoosijääki.

Glükogeeni fosforülaasi inaktiveerimine toimub defosforüülimise ajal spetsiifilise fosforülaasi fosfataasi (fosfoproteiini fosfataasi FPP) osalusel.

Oksa eemaldamine hargnemist eemaldav ensüüm . Sellel on transferaasi ja glükosidaasi aktiivsus. Ülekande osa ( oligosahhariidi transferaas ) kannab kolm ülejäänud glükoosijääki kuni hargnemispunktini külgneva ahela mitteredutseerivasse otsa, pikendades seda fosforülaasi jaoks.

glükosidaasi osa ( α-1,6-glükosidaas ) hüdrolüüsib α-1,6-glükosiidsideme, eraldades glükoosi.
Glükoos-1-p isomeeriti fosfoglükomutaasiga glükoos-6-p-ks.

Glükogeeni metabolismi kontrollivad hormoonid (maksas - insuliin, glükagoon, adrenaliin; lihastes - insuliin ja adrenaliin), mis reguleerivad glükogeeni süntaasi ja glükogeeni fosforülaasi kahe võtmeensüümi fosforüülimist ja defosforüülimist.

Kui glükoosi tase veres on ebapiisav, vabaneb hormoon glükagoon, äärmuslikel juhtudel - adrenaliin. Nad stimuleerivad glükogeeni süntaasi (see on inaktiveeritud) ja glükogeeni fosforülaasi (see on aktiveeritud) fosforüülimist. Vere glükoosisisalduse tõusuga vabaneb insuliin, see stimuleerib glükogeeni süntaasi (aktiveeritakse) ja glükogeeni fosforülaasi (inaktiveeritakse) defosforüülimist. Lisaks indutseerib insuliin glükokinaasi sünteesi, kiirendades seeläbi glükoosi fosforüülimist rakus. Kõik see toob kaasa asjaolu, et insuliin stimuleerib glükogeeni sünteesi ning adrenaliin ja glükagoon - selle lagunemist.