Anyagok szállítása a sejtmembránokon keresztül. A monoszacharidok membránokon keresztül történő szállításához transzporter fehérjékre van szükség, a hemoglobin pedig a glükózt a sejtekbe szállítja.

A sejtek glükózfogyasztása a véráramból szintén a megkönnyített diffúzió révén történik.. Ezért a glükóz membránon keresztüli áramlásának sebessége csak a koncentráció gradiensétől függ. A kivétel az izom- és zsírszövetsejtek, ahol a megkönnyített diffúziót az inzulin szabályozza . Inzulin hiányában ezeknek a sejteknek a plazmamembránja áthatolhatatlan a glükóz számára, mivel nem tartalmaz glükózhordozó fehérjéket (transzportereket). .

A glükóz transzportereket glükózreceptoroknak is nevezik. A transzporternek van egy glükózkötő helye a membrán külső oldalán. A glükóz hozzáadása után a fehérje konformációja megváltozik, aminek következtében a glükóz a sejt belseje felé eső régióban kapcsolódik a fehérjéhez. Ezután a glükóz elválik a transzportertől, és átjut a sejtbe.

A könnyített diffúzió az aktív transzporthoz képest megakadályozza az ionok és a glükóz szállítását, ha azt koncentrációgradiens mentén szállítják.

A szénhidrátok felszívódása a bélben.

A monoszacharidok felszívódása a bélből úgy történik megkönnyített diffúzió speciális hordozófehérjék (transzporterek) segítségével. Ezenkívül a glükózt és a galaktózt az enterocitákba szállítják másodlagos aktív transzport, amely a nátriumionok koncentráció-gradiensétől függ. A Na + gradienstől függő transzporter fehérjék biztosítják a glükóz felszívódását a bél lumenéből az enterocitákba a koncentrációgradiens ellenében. Az ehhez a transzporthoz szükséges Na + koncentrációt a Na +,K + -ATPáz biztosítja, amely szivattyúként működik, és a Na + -t kiszivattyúzza a sejtből K + -ért cserébe.

A glükóztól eltérően a fruktózt a nátrium-gradienstől független rendszer szállítja.

Glükóz transzporterek(JÓLLAKOTTSÁG) minden szövetben megtalálható. A GLUT-nak több fajtája létezik, ezek a felfedezés sorrendje szerint vannak számozva.

A GLUT családba tartozó fehérjék szerkezete eltér azoktól a fehérjéktől, amelyek koncentrációgradiens ellenében szállítják a glükózt a membránon keresztül a belekben és a vesékben.

A leírt 5 GLUT-típusnak hasonló az elsődleges szerkezete és a tartomány felépítése.

A GLUT-1 biztosítja a glükóz egyenletes áramlását az agyba;

A GLUT-2 olyan szervek sejtjeiben található, amelyek glükózt választanak ki a vérbe. A GLUT-2 részvételével jut a glükóz a vérbe az enterocitákból és a májból. A GLUT-2 részt vesz a glükóznak a hasnyálmirigy β-sejtjeibe történő szállításában;

A GLUT-3 nagyobb affinitást mutat a glükózhoz, mint a GLUT-1. Emellett állandó glükózellátást biztosít az ideg- és más szövetek sejtjeinek;

A GLUT-4 a glükóz fő szállítója az izomsejtekbe és a zsírszövetbe;

A GLUT-5 főként a vékonybél sejtjeiben található. Funkciói nem ismertek.

Minden típusú GLUT megtalálható mind a plazmamembránban, mind a citoszolikus vezikulákban. A GLUT-4 (és kisebb mértékben a GLUT-1) szinte teljes mértékben a sejtek citoplazmájában található. Az inzulin ilyen sejtekre gyakorolt ​​hatása a GLUT-t tartalmazó vezikulák plazmamembránba való mozgásához, azzal való fúziójához és transzporterek beépüléséhez vezet a membránba. Ezt követően lehetséges a glükóz könnyebb szállítása ezekbe a sejtekbe. A vérben az inzulin koncentrációjának csökkenése után a glükóz transzporterek ismét a citoplazmába költöznek, és a glükóz áramlása a sejtbe leáll.

A glükóz mozgása az elsődleges vizeletből a vesetubulusok sejtjeibe másodlagos aktív transzport útján történik, hasonlóan a glükóznak a bél lumenéből az enterocitákba történő felszívódásához. Ennek köszönhetően a glükóz akkor is bejuthat a sejtekbe, ha koncentrációja az elsődleges vizeletben kisebb, mint a sejtekben. Ebben az esetben a glükóz szinte teljesen (99%) visszaszívódik az elsődleges vizeletből.

A glükóztranszporterek munkájában különféle rendellenességek ismertek. E fehérjék öröklött hibája állhat a nem inzulinfüggő diabetes mellitus hátterében. Ugyanakkor nem csak magának a fehérjének a hibája lehet a glükóztranszporter hibás működésének oka. A GLUT-4 funkció megsértése a következő szakaszokban lehetséges:

az inzulin jel továbbítása ennek a transzporternek a membránhoz való mozgásáról;

a transzporter mozgása a citoplazmában;

beillesztés a membránba;

a membrán lefűzése stb.

végső szénhidrát hidrolízis termékek V gyomor-bél traktus csak három anyag: glükóz, fruktóz és galaktóz. Ugyanakkor ezeknek a monoszacharidoknak a teljes mennyiségének csaknem 80%-át a glükóz teszi ki. A bélben történő felszívódás után a fruktóz nagy része és a galaktóz szinte teljes része glükózzá alakul a májban. Ennek eredményeként a fruktóz és a galaktóz csak kis mennyiségben van jelen a vérben. Az átalakulási folyamatok eredményeként a glükóz a test minden sejtjébe szállított szénhidrát egyetlen képviselőjévé válik.

Releváns enzimek, amelyek a májsejtek számára szükségesek a monoszacharidok - glükóz, fruktóz és galaktóz - kölcsönös átalakulási folyamatainak biztosításához, az ábrán láthatók. E reakciók eredményeként, amikor a máj visszaengedi a monoszacharidokat a vérbe, a vérbe jutó végtermék a glükóz. Ennek a jelenségnek az az oka, hogy a májsejtek tartalmaznak nagyszámú glükóz-foszfatáz, így a glükóz-6-foszfát glükózra és foszfátra bontható. A glükóz ezután a sejtmembránokon keresztül visszakerül a vérbe.

szeretnék többet alkalommal aláhúzni hogy általában a vérben keringő összes monoszacharid több mint 95%-át az átalakulás végterméke – a glükóz – képviseli.
A glükóz szállítása a sejtmembránon keresztül. Mielőtt a glükózt a szöveti sejtek felhasználhatnák, a sejtmembránokon keresztül a citoplazmába kell szállítani. A glükóz azonban nem tud szabadon átdiffundálni a sejtmembrán pórusain, mert a részecskék maximális molekulatömege átlagosan 100, míg a glükóz molekulatömege 180. A glükóz azonban viszonylag könnyen bejuthat a sejtekbe a megkönnyített diffúziós mechanizmus miatt. Ennek a mechanizmusnak az alapjait a 4. fejezetben tárgyaltuk, emlékezzünk meg a főbb pontjairól.

keresztül-kasul sejt lipid membrán, a hordozó fehérjék, amelyek száma kellően nagy a membránban, kölcsönhatásba léphet a glükózzal. Ebben a kötött formában a glükózt egy hordozófehérje szállíthatja a membrán egyik oldaláról a másikra, és ott elválaszthatja; Ha a glükóz koncentrációja magasabb a membrán egyik oldalán, mint a másik oldalán, akkor a glükóz oda kerül, ahol alacsonyabb a koncentrációja, és nem az ellenkező irányba. A glükóz sejtmembránokon keresztüli transzportja a legtöbb szövetben élesen eltér a gyomor-bél traktusban vagy a vese tubuláris epiteliális sejtjeiben megfigyelttől.

Mindkettőben említett glükóztranszport esetei az aktív nátrium transzport mechanizmusa közvetíti. Az aktív nátrium-transzport energiát biztosít a glükóz felvételéhez koncentrációgradiens ellenében. A glükóztranszportnak ez a nátriumhoz kapcsolt aktív mechanizmusa csak a glükóz felszívódás aktív folyamatára adaptált speciális hámsejtekben fordul elő. Más sejtmembránokban a glükóz csak a nagy koncentrációjú területekről szállítódik az alacsony koncentrációjú területekre egy könnyített diffúziós mechanizmus révén, amit a membránban elhelyezkedő glükóz transzport fehérje speciális tulajdonságai tesznek lehetővé.

Létfontosságú a sejt cseréje a külső környezettel különböző anyagok és energia által szükséges feltétel a létezését.

A következetesség megőrzése érdekében kémiai összetételés a citoplazma tulajdonságait olyan körülmények között, ahol jelentős különbségek vannak a külső környezet és a sejt citoplazmájának kémiai összetételében és tulajdonságaiban, speciális szállítási mechanizmusok, szelektíven mozgatja át az anyagokat .

Különösen a sejteknek kell rendelkezniük olyan mechanizmusokkal, amelyek oxigént szállítanak és tápanyagok a létezési környezetből és a metabolitok eltávolítása abba. Különböző anyagok koncentráció-gradiensei nemcsak a sejt és a külső környezet, hanem a sejtszervecskék és a citoplazma között is léteznek, és a sejt különböző kompartmentjei között anyagszállítási áramlások figyelhetők meg.

Az információs jelek észlelése és továbbítása szempontjából különösen fontos a transzmembrán különbség fenntartása az ásványi ionok koncentrációjában. Na+, K+, Ca 2+. A sejt metabolikus energiájának jelentős részét ezen ionok koncentráció-gradiensének fenntartására fordítja. Az ionos gradiensekben tárolt elektrokémiai potenciálok energiája biztosítja a sejt plazmamembránjának állandó készenlétét az ingerekre való reagálásra. A kalcium bejutása a citoplazmába az intercelluláris környezetből vagy a sejtszervecskékből biztosítja számos sejt válaszát a hormonális jelekre, szabályozza a neurotranszmitterek felszabadulását, és elindul.

Rizs. Szállítási típusok osztályozása

Ahhoz, hogy megértsük az anyagok sejtmembránokon való áthaladásának mechanizmusait, figyelembe kell venni mind ezen anyagok tulajdonságait, mind a membránok tulajdonságait. A szállított anyagok molekulatömege, átvitt töltése, vízben való oldhatósága, lipidek és számos más tulajdonság tekintetében különböznek egymástól. A plazmát és más membránokat a lipidek hatalmas területei képviselik, amelyeken a zsírban oldódó, nem poláris anyagok könnyen diffundálnak, és a víz és a poláris természetű vízben oldódó anyagok nem jutnak át. Ezen anyagok membránon keresztüli mozgásához speciális csatornák jelenléte szükséges a sejtmembránokban. A poláris anyagok molekuláinak szállítása méretük és töltésük növekedésével nehezebbé válik (ebben az esetben további átviteli mechanizmusokra van szükség). Az anyagok koncentráció és egyéb gradiensek elleni átviteléhez speciális hordozók részvétele és energiafelhasználás is szükséges (1. ábra).

Rizs. 1. Az anyagok egyszerű, megkönnyített diffúziója és aktív transzportja a sejtmembránokon keresztül

A makromolekuláris vegyületek, szupramolekuláris részecskék és sejtkomponensek transzmembrán mozgására, amelyek nem képesek áthatolni a membráncsatornákon, speciális mechanizmusokat alkalmaznak - fagocitózist, pinocitózist, exocitózist és intercelluláris tereken keresztül történő átvitelt. Így a különféle anyagok transzmembrán mozgása különböző módszerekkel hajtható végre, amelyeket általában a speciális hordozók részvételének jelei és az energiafogyasztás alapján osztanak fel. A sejtmembránokon keresztül passzív és aktív transzport zajlik.

Passzív szállítás- anyagok átvitele biomembránon keresztül gradiens mentén (koncentráció, ozmotikus, hidrodinamikus stb.) és energiafelhasználás nélkül.

aktiv szállitás- anyagok átvitele biomembránon keresztül gradiens ellenében és energiafelhasználással. Emberben az anyagcsere-reakciók során keletkező összes energia 30-40%-át erre a fajta szállításra fordítják. A vesékben az elfogyasztott oxigén 70-80%-a aktív szállításra fordítódik.

Az anyagok passzív szállítása

Alatt passzív szállítás megérteni egy anyag membránon keresztül történő átvitelét különféle gradiensek mentén (elektrokémiai potenciál, anyagkoncentráció, elektromos tér, ozmotikus nyomás stb.), amelynek megvalósítása nem igényel közvetlen energiafelhasználást. Az anyagok passzív transzportja egyszerű és megkönnyített diffúzióval valósulhat meg. Köztudott, hogy alatt diffúzió megérteni az anyagrészecskék kaotikus mozgását a különböző közegekben, a termikus rezgések energiája miatt.

Ha egy anyag molekulája elektromosan semleges, akkor ennek az anyagnak a diffúziós irányát csak az anyag koncentrációjának különbsége (gradiense) határozza meg a membrán által elválasztott közegben, például a sejten kívül és belül. vagy rekeszei között. Ha egy anyag molekulája, ionjai elektromos töltést hordoznak, akkor a diffúziót mind a koncentrációkülönbség, mind az anyag töltésének nagysága, mind a töltések jelenléte és jele a membrán mindkét oldalán befolyásolja. A membránra ható koncentráció- és elektromos gradiens erők algebrai összege határozza meg az elektrokémiai gradiens nagyságát.

egyszerű diffúzió Egy bizonyos anyag koncentráció-gradiensének, elektromos töltésnek vagy a sejtmembrán oldalai közötti ozmotikus nyomásnak köszönhető. Például a vérplazmában a Na+ ionok átlagos tartalma 140 mM/l, az eritrocitákban pedig hozzávetőleg 12-szer kevesebb. Ez a koncentrációkülönbség (gradiens) olyan hajtóerőt hoz létre, amely biztosítja a nátriumnak a plazmából a vörösvérsejtekbe való átmenetét. Az ilyen átmenet sebessége azonban alacsony, mivel a membrán Na + ionok számára nagyon alacsony permeabilitással rendelkezik. Ennek a membránnak a kálium-áteresztő képessége sokkal nagyobb. A sejtek anyagcseréjének energiáját nem az egyszerű diffúziós folyamatokra fordítják.

Az egyszerű diffúzió sebességét a Fick-egyenlet írja le:

dm/dt = -kSΔC/x,

Ahol dm/ dt- az időegység alatt szétszóródó anyag mennyisége; Nak nek - diffúziós együttható, amely a membrán permeabilitását jellemzi egy diffundáló anyag esetében; S- diffúziós felület; ∆C az anyag koncentrációjának különbsége a membrán mindkét oldalán; x a diffúziós pontok közötti távolság.

A diffúziós egyenlet elemzéséből kitűnik, hogy az egyszerű diffúzió sebessége egyenesen arányos az anyag membrán oldalai közötti koncentráció-gradiensével, a membrán adott anyagra vonatkozó permeabilitásával és a diffúziós felülettel.

Nyilvánvaló, hogy a legkönnyebben diffúzióval áthaladhatók azok az anyagok, amelyek diffúziója mind a koncentráció-gradiens, mind az elektromos tér gradiens mentén történik. Az anyagok membránon keresztüli diffúziójának azonban fontos feltétele fizikai tulajdonságok membrán és különösen anyagáteresztő képessége. Például a Na+ ionoknak, amelyek koncentrációja magasabb a sejten kívül, mint azon belül, és a plazmamembrán belső felülete negatív töltésű, könnyen be kell diffundálni a sejtbe. A Na+ ionok diffúziós sebessége azonban a sejt plazmamembránján keresztül nyugalmi állapotban kisebb, mint a K+ ionoké, amelyek a koncentráció gradiens mentén diffundálnak a sejtből, mivel a membrán nyugalmi permeabilitása a K+ ionok számára nagyobb, mint a Na+ ionokhoz.

Mivel a membrán kettős rétegét alkotó foszfolipidek szénhidrogén gyökök hidrofób tulajdonságokkal rendelkeznek, a hidrofób természetű anyagok, különösen a lipidekben könnyen oldódnak (szteroid, pajzsmirigyhormonok, néhány narkotikus anyagok satöbbi.). A hidrofil természetű kis molekulatömegű anyagok, az ásványi ionok a membránok passzív ioncsatornáin keresztül diffundálnak, amelyeket csatornaképző fehérjemolekulák képeznek, és esetleg a membránban ennek következtében keletkező és eltűnt foszfolioid molekulák csomagolási hibái révén. hőingadozások.

Az anyagok szövetekben történő diffúziója nemcsak sejtmembránokon, hanem más morfológiai struktúrákon keresztül is végrehajtható, például a nyálból a fog dentinszövetébe a zománcán keresztül. Ebben az esetben a diffúzió megvalósításának feltételei ugyanazok maradnak, mint a sejtmembránokon keresztül. Például az oxigén, glükóz, ásványi ionok nyálból a fog szöveteibe történő diffúziójához a nyálban lévő koncentrációjuknak meg kell haladnia a fog szöveteiben lévő koncentrációt.

Normál körülmények között a nem poláris és kis elektromosan semleges poláris molekulák egyszerű diffúzióval jelentős mennyiségben juthatnak át a foszfolipid kettősrétegen. Jelentős mennyiségű egyéb poláris molekula szállítását a hordozófehérjék végzik. Ha egy anyag transzmembrán átmenetéhez egy hordozó részvétele szükséges, akkor a "diffúzió" kifejezést gyakran használják a kifejezés helyett. anyag szállítása a membránon keresztül.

Könnyű diffúzió, valamint egy anyag egyszerű „diffúziója” a koncentráció gradiense mentén történik, de az egyszerű diffúzióval ellentétben egy specifikus fehérjemolekula, a hordozó vesz részt az anyag membránon keresztüli átvitelében (2. ábra).

Könnyített diffúzió- Ez egyfajta passzív iontranszfer biológiai membránokon keresztül, amely koncentráció gradiens mentén, hordozó segítségével történik.

Egy anyag hordozófehérje (transzporter) segítségével történő átvitele ezen fehérjemolekula azon képességén alapul, hogy beépül a membránba, behatol abba és vízzel töltött csatornákat képez. A hordozó reverzibilisen kötődhet az átvitt anyaghoz, és ugyanakkor reverzibilisen megváltoztathatja annak konformációját.

Feltételezzük, hogy a hordozófehérje két konformációs állapotban tud lenni. Például egy államban A ez a fehérje affinitással rendelkezik a szállított anyaghoz, kötőhelyei befelé fordulnak, és a membrán egyik oldalára nyitott pórust képez.

Rizs. 2. Könnyített diffúzió. Leírás szövegben

Az anyaggal érintkezve a hordozó fehérje megváltoztatja a konformációját és átmegy az állapotba 6 . A konformációs átalakulás során a hordozó elveszti affinitását az átvitt anyaghoz, felszabadul a hordozóval való kötéséből, és a membrán másik oldalán lévő pórusba kerül. Ezt követően a fehérje ismét visszatér a állapotba. Az anyagnak ezt a transzporter fehérje által a membránon keresztül történő szállítását nevezzük uniport.

A megkönnyített diffúzió révén az olyan kis molekulatömegű anyagok, mint a glükóz az intersticiális terekből a sejtekbe, a vérből az agyba szállíthatók, egyes aminosavak és a primer vizeletből származó glükóz visszaszívódnak a vérbe a vesetubulusokban, aminosavak és monoszacharidok felszívódik a bélből. Az anyagok könnyített diffúzióval történő szállítási sebessége a csatornán keresztül másodpercenként akár 10 8 részecskét is elérhet.

Ellentétben az anyag egyszerű diffúzióval történő átviteli sebességével, amely egyenesen arányos a membrán mindkét oldalán lévő koncentrációk különbségével, az anyag átviteli sebessége a megkönnyített diffúzió során a diffúziós különbség növekedésével arányosan nő. egy anyag koncentrációja egy bizonyos maximális értékig, amely felett nem növekszik, annak ellenére, hogy a membrán mindkét oldalán nő a koncentrációkülönbség. Az átvitel maximális sebességének (telítettségének) elérését a könnyített diffúzió folyamatában az magyarázza, hogy a maximális sebesség mellett az összes hordozó fehérjemolekula részt vesz az átvitelben.

csere diffúzió- az anyagok ilyen típusú szállításával a membrán különböző oldalain elhelyezkedő, azonos anyag molekuláinak kicserélődése történhet. Az anyag koncentrációja a membrán mindkét oldalán változatlan marad.

A kicserélődési diffúzió változata egy anyag molekulájának egy másik anyag egy vagy több molekulájára történő kicserélődése. Például az erek és hörgők simaizomsejtjeiben, a szív kontraktilis izomsejtekben a Ca2+-ionok sejtekből való eltávolításának egyik módja az, hogy azokat extracelluláris Na+-ionokra cserélik. A bejövő Na+ minden három ionjához egy Ca2+ ion távozik a sejtből. A Na + és a Ca 2+ egymással ellentétes irányú mozgása jön létre a membránon keresztül (ezt a transzporttípust ún. antiport).Így a sejt felszabadul a felesleges mennyiségű Ca 2+ -iontól, ami a sima myocyták vagy kardiomiociták ellazulásának szükséges feltétele.

Az anyagok aktív szállítása

aktiv szállitás anyagok átjutása - ez az anyagok átvitele a gradienseik ellen, metabolikus energia felhasználásával. Ez a fajta transzport abban különbözik a passzívtól, hogy az átvitel nem a gradiens mentén, hanem az anyag koncentráció-gradiensei ellenében történik, és az ATP vagy más típusú energia energiáját használja fel, amelynek létrehozására az ATP-t fordították. korábban. Ha az energia közvetlen forrása az ATP, akkor az ilyen átvitelt elsődleges aktívnak nevezzük. Ha az átvitel energiát (koncentráció, kémiai, elektrokémiai gradiens) használ fel, amelyet korábban az ATP-t fogyasztó ionszivattyúk működése miatt tároltak, akkor az ilyen transzportot másodlagos aktívnak, valamint konjugáltnak nevezzük. A kapcsolt, másodlagos aktív transzportra példa a glükóz felszívódása a bélben, majd a vesékben való reabszorpciója Na-ionok és GLUT1 transzporterek részvételével.

Az aktív transzportnak köszönhetően nemcsak a koncentrációs erők, hanem az elektromos, elektrokémiai és egyéb anyaggradiensek is leküzdhetők. Az elsődleges aktív transzport működésére példaként a Na + -, K + - szivattyú működését tekinthetjük.

A Na + és K + ionok aktív átvitele biztosított fehérje-enzim- Na + -, K + -ATPáz, képes az ATP hasítására.

A fehérje Na K -ATPáz a test szinte minden sejtjének citoplazmatikus membránjában található, és a sejt teljes fehérjetartalmának legalább 10%-át teszi ki. A sejt teljes metabolikus energiájának több mint 30%-át ennek a pumpának a működésére fordítják. A Na + -, K + -ATPáz két konformációs állapotban lehet - S1 és S2. S1 állapotban a fehérje affinitással rendelkezik a Na-ionhoz, és 3 Na-ion kötődik három nagy affinitású kötőhelyéhez, amelyek a sejt belsejében fordulnak elő. A Na ion hozzáadása serkenti az ATPáz aktivitást, és az ATP hidrolízis eredményeként a Na+ -, K+ -ATPáz egy foszfátcsoport átvitele következtében foszforilálódik, és konformációs átmenetet hajt végre az S1 állapotból az S2 állapotba. (3. ábra).

A fehérje térszerkezetének változása következtében a Na-ionok kötőhelyei a membrán külső felülete felé fordulnak. A kötőhelyek Na+-ionokhoz való affinitása meredeken csökken, és a fehérjével való kötésből felszabadulva az extracelluláris térbe kerül. S2 konformációs állapotban a Na + -, K-ATPáz központok affinitása a K ionokhoz megnő, és két K iont kötnek az extracelluláris környezetből. A K-ionok hozzáadása a fehérje defoszforilációját és fordított konformációs átmenetét okozza az S2 állapotból az S1 állapotba. A kötőcentrumoknak a membrán belső felülete felé történő elforgatásával együtt két K-ion szabadul fel a hordozóval való kötésből, és kerül befelé. Az ilyen átviteli ciklusok olyan sebességgel ismétlődnek, amely elegendő ahhoz, hogy fenntartsák a Na+- és K+-ionok egyenlőtlen eloszlását a sejtben, és az intercelluláris közegben a nyugvó sejtben, és ennek következtében viszonylag állandó potenciálkülönbséget tartsanak fenn az ingerelhető sejtek membránján.

Rizs. 3. A Na + -, K + -szivattyú működésének sematikus ábrázolása

A gyűszűvirág növényből izolált strofantin (ouabain) specifikus képességgel rendelkezik, hogy blokkolja a Na + -, K + - szivattyú munkáját. A szervezetbe való bejutást követően a Na + ion sejtből történő kiszivattyúzásának blokádja következtében a Na + -, Ca 2 -cseremechanizmus hatékonyságának csökkenése és a Ca 2+ -ionok felhalmozódása a kontraktilisban. kardiomiociták figyelhetők meg. Ez a szívizom összehúzódásának növekedéséhez vezet. A gyógyszert a szív pumpáló funkciójának elégtelenségének kezelésére használják.

A Na "-, K + -ATPázon kívül számos egyéb transzport-ATPáz, vagyis ionpumpa létezik. Ezek között van egy hidrogént szállító pumpa (sejt-mitokondriumok, vese tubuláris epitélium, gyomor parietális sejtjei); kalcium. pumpák (szívritmus-szabályozó és kontraktilis sejtek, harántcsíkolt és simaizom izomsejtjei) tárolóeszközök (ciszterna, szarkoplazmatikus retikulum longitudinális tubulusai).

Egyes sejtekben a Na + -, Ca 2+ pumpa működéséből adódó transzmembrán elektromos potenciálkülönbség és a nátriumkoncentráció gradiens erőit használják fel a sejtmembránon keresztüli másodlagos-aktív anyagátvitel megvalósítására.

másodlagos aktív transzport Az a tény, hogy egy anyag membránon keresztül történő átvitele egy másik anyag koncentráció-gradiensének köszönhető, amelyet az aktív transzport mechanizmusa hozott létre ATP-energia felhasználásával. Kétféle másodlagos aktív transzport létezik: szimport és antiport.

Symport egy anyag átvitelének nevezzük, amely egy másik anyag egyidejű, azonos irányú átviteléhez kapcsolódik. A szimportmechanizmus a jódot az extracelluláris térből a pajzsmirigy pajzsmirigy pajzsmirigyeibe szállítja, a glükózt és az aminosavakat a felszívódásuk során. vékonybél enterocitákba.

Antiport anyag átvitelének nevezzük, amely egy másik anyag egyidejű, de ellentétes irányú átviteléhez kapcsolódik. A transzfer antiport mechanizmusára példa a korábban említett Na + -, Ca 2+ - kicserélő a szívizomsejtekben, a K + -, H + - cserélő mechanizmus a vesetubulusok hámjában.

A fenti példákból látható, hogy a másodlagos aktív transzport a Na+ ionok vagy a K+ ionok gradiens erőinek felhasználásával valósul meg. A Na + ion vagy K ion a membránon keresztül haladva alacsonyabb koncentrációja felé halad, és magával von egy másik anyagot. Ilyenkor általában a membránba épített specifikus hordozófehérjét használnak. Például az aminosavak és a glükóz transzportja felszívódásuk során a vékonybélből a vérbe annak a ténynek köszönhető, hogy a bélfal epitéliumának membránjának fehérje-hordozója kötődik az aminosavhoz (glükózhoz), és a Na + ion, és csak ezután változtatja meg a membránban elfoglalt helyét oly módon, hogy az aminosavat (glükózt) és Na+-iont a citoplazmába szállítja. Az ilyen transzport megvalósításához az szükséges, hogy a Na + ion koncentrációja a sejten kívül sokkal magasabb legyen, mint a belsejében, amit a Na +, K + -ATP-áz állandó munkája és a metabolikus energia felhasználása biztosít. .

A szénhidrátok és más anyagok használatakor a szervezetnek két feladattal kell szembenéznie: szívás a belekből a vérbe szállítás a vérből a szövetsejtekbe. Mindenesetre le kell győzni a membránt.

Monocukrok transzportja a membránokon keresztül

Felszívódás a bélben

A keményítő és a glikogén emésztése, a diszacharidok lebontása után a bélüregben, szőlőcukorés más monoszacharidok, amelyeknek be kell jutniuk a véráramba. Ehhez legalább az enterocita apikális membránját és alapmembránját le kell győzniük.

másodlagos aktív transzport

Által a másodlagos aktív transzport mechanizmusa a glükóz és a galaktóz felszívódása a bél lumenéből történik. Egy ilyen mechanizmus azt jelenti, hogy a cukrok átvitele során energiát költenek el, de nem közvetlenül a molekula szállítására, hanem egy másik anyag koncentráció-gradiensének létrehozására fordítják. A monoszacharidok esetében ez az anyag a nátriumion.

A glükóztranszport hasonló mechanizmusa van jelen a tubuláris epitéliumban. vese, amely visszaszívja az elsődleges vizeletből.
Csak jelenlét aktív a szállítás lehetővé teszi, hogy szinte az összes glükózt a külső környezetből a sejtekbe továbbítsa.

Enzim Na+,K+-ATPáz folyamatosan a káliumért cserébe nátriumionokat pumpál ki a sejtből, ez a transzport az, ami energiát igényel. A bél lumenében a nátriumtartalom viszonylag magas, és egy specifikus membránfehérjéhez kötődik, amelynek két kötőhelye van: az egyik a nátriumé, a másik a monoszacharidé. Figyelemre méltó, hogy a monoszacharid csak azután kötődik a fehérjéhez, miután a nátrium kötődik hozzá. A transzporter fehérje szabadon vándorol a membrán vastagságában. Amikor a fehérje érintkezik a citoplazmával, a nátrium gyorsan leválik róla a koncentráció gradiens mentén, és a monoszacharid azonnal elválik. Az eredmény a monoszacharid felhalmozódása a sejtben, és a nátriumionokat a Na +, K + -ATPáz kiszivattyúzza.

A glükóz felszabadulása a sejtből az intercelluláris térbe, majd tovább a vérbe a megkönnyebbült diffúzió miatt történik.

Glükóz és galaktóz másodlagos aktív transzportja az enterocita membránokon keresztül

Passzív szállítás

A glükóztól és a galaktóztól eltérően, fruktóz a többi monoszacharidot pedig mindig a nátrium gradienstől független transzporter fehérjék szállítják, pl. megkönnyített diffúzió. Igen, bekapcsolva csúcsi Az enterocita membrán transzportfehérjét tartalmaz Glut-5 amelyen keresztül a fruktóz a sejtbe diffundál.

A glükóz esetében másodlagos aktív transzportot használnak, amikor az alacsony koncentrációk a bélben. Ha a glükóz koncentrációja a bél lumenében nagy, akkor a sejtbe is szállítható a megkönnyített diffúzió fehérje segítségével Glut-5.

A monoszacharidok felszívódásának sebessége a bél lumenéből a hámsejtekbe nem azonos. Tehát, ha a glükóz abszorpciós sebességét 100%-nak vesszük, akkor a galaktóz relatív átviteli sebessége 110%, a fruktóz - 43%, a mannóz - 19%.

Szállítás a vérből a sejtmembránokon keresztül

A bélből kiáramló vérbe való belépés után a monoszacharidok a portálrendszer edényein keresztül a májba jutnak, részben elidőznek benne, részben pedig a szisztémás keringésbe jutnak. Következő feladatuk a szervek sejtjeibe való behatolás.

A glükózt a vérből a sejtekbe szállítják megkönnyített diffúzió magában foglaló koncentrációgradiens mentén hordozó fehérjék(glükóz transzporterek - "GluT"). Összesen 12 fajta glükóz transzporter különböztethető meg, amelyek lokalizációjukban, glükózaffinitásukban és szabályozási képességükben különböznek egymástól.

Glükóz transzporterek Glut-1 minden sejt membránján jelen vannak, és felelősek a glükóz alapvető sejtekbe történő szállításáért, amelyek az életképesség fenntartásához szükségesek.

Jellemzők Glut-2 a glükóz átadásának képessége két iránybanÉs alacsony affinitás a glükózhoz. A hordozót mindenekelőtt ben mutatják be hepatociták, melyek evés után felfogják a glükózt, a felszívódás utáni időszakban és koplaláskor pedig a vérbe juttatják. Ez a transzporter is jelen van bélhámÉs vesetubulusok. A membránokon jelen van β sejtek Langerhans szigetein a GluT-2 5,5 mmol/l feletti koncentrációban szállítja befelé a glükózt, és ezáltal jelet generál az inzulintermelés fokozására.

Glut-3 van nagy affinitás glükózra, és bemutatják idegszövet. Ezért a neuronok már alacsony koncentrációban is képesek felvenni a glükózt a vérben.

A glut-4 az izmokban és a zsírszövetben található, csak ezek a transzporterek érzékenyek a hatásra inzulin. Amikor az inzulin a sejtre hat, feljönnek a membrán felszínére, és glükózt szállítanak be. Ezeket a szöveteket ún inzulinfüggő.

Egyes szövetek teljesen érzéketlenek az inzulin hatására, ezeket nevezik nem inzulinfüggő. Ide tartozik az idegszövet üveges test, lencse, retina, vese glomeruláris sejtjei, endotheliociták, herék és eritrociták.

A glükóz a véráramból a hordozófehérjék - GLUT -ok segítségével, megkönnyített diffúzióval jut be a sejtekbe. Glükóztranszporterek A GLUT-ok doménszerveződéssel rendelkeznek, és minden szövetben megtalálhatók. 5 fajta GLUT létezik:
GLUT-1 - főleg az agyban, a méhlepényben, a vesékben, a vastagbélben;
GLUT-2 - főleg a májban, vesében, a hasnyálmirigy β-sejtjeiben, az enterocitákban, az eritrocitákban van jelen. Magas km-rel rendelkezik;
GLUT-3 - számos szövetben, beleértve az agyat, a méhlepényt, a veséket. Nagyobb affinitása van a glükózhoz, mint a GLUT-1;
GLUT-4 - inzulinfüggő, izmokban (csontváz, szív), zsírszövetben;
GLUT-5 - sok a vékonybél sejtjeiben, a fruktóz hordozója.

A GLUT-ok típustól függően főként mind a plazmamembránban, mind a citoszolikus vezikulákban helyezkedhetnek el. A glükóz transzmembrán transzportja csak akkor történik meg, ha a GLUT-ok jelen vannak a plazmamembránban. A GLUT-ok beépülése a citoszolikus vezikulák membránjába az inzulin hatására történik. Az inzulin koncentrációjának csökkenésével a vérben ezek a GLUT-ok ismét a citoplazmába költöznek. Azok a szövetek, amelyekben az inzulin nélküli GLUT szinte teljesen a sejtek citoplazmájában találhatók (GLUT-4, és kisebb mértékben a GLUT-1), inzulinfüggőnek bizonyulnak (izmok, zsírszövet), illetve olyan szövetek, amelyekben túlnyomórészt a GLUT-ok vannak jelen. a plazmamembránban található (GLUT-3) - inzulinfüggetlen.

A GLUT-ok munkájában különféle jogsértések ismertek. E fehérjék öröklött hibája állhat a nem inzulinfüggő diabetes mellitus hátterében.

A monoszacharidok metabolizmusa a sejtben.
A bélben való felszívódás után a glükóz és más monoszacharidok a portális vénába, majd a májba jutnak. A májban lévő monoszacharidok glükózzá vagy metabolizmusának termékévé alakulnak. A májban lévő glükóz egy része glikogén formájában rakódik le, egy részét új anyagok szintézisére használják fel, egy része pedig a véráramon keresztül más szervekbe és szövetekbe kerül. Ugyanakkor a máj a glükóz koncentrációját a vérben 3,3-5,5 mmol / l szinten tartja.

Monoszacharidok foszforilációja és defoszforilációja.
A sejtekben a glükóz és más monoszacharidok ATP segítségével foszforilálódnak észterekké: glükóz + ATP → glükóz-6p + ADP. A hexózisok esetében ezt az irreverzibilis reakciót az enzim katalizálja hexokináz , amelynek izoformái vannak: izomzatban - hexokináz II, májban, vesében és a hasnyálmirigy β-sejtjeiben - hexokináz IV (glukokináz), daganatszövet sejtekben - hexokináz III. A monoszacharidok foszforilációja reaktív vegyületek képződéséhez vezet (aktivációs reakció), amelyek nem képesek elhagyni a sejtet, mert nincsenek megfelelő hordozófehérjék. A foszforiláció csökkenti a szabad glükóz mennyiségét a citoplazmában, ami megkönnyíti diffúzióját a vérből a sejtekbe.

Hexokináz II foszforilezi a D-glükózt, és lassabban a többi hexózt. Nagy affinitása van a glükózhoz (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.

Glükokináz (hexokináz IV) alacsony affinitású a glükózhoz, aktív a májban (és a vesékben), a glükózkoncentráció növekedésével (emésztés során). A glükokinázt nem gátolja a glükóz-6-foszfát, ami lehetővé teszi a máj számára, hogy korlátozás nélkül eltávolítsa a felesleges glükózt a vérből.

Glükóz-6-foszfatáz katalizálja a foszfátcsoport hidrolitikus úton történő irreverzibilis hasadását az EPR-ben: Glükóz-6-f + H 2 O → Glükóz + H 3 RO 4, csak a májban, a vesében és a bélhámsejtekben van jelen. A keletkező glükóz ezekből a szervekből képes a vérbe diffundálni. Így a máj és a vesék glükóz-6-foszfatáza lehetővé teszi az alacsony vércukorszint növelését.

A glükóz-6-foszfát metabolizmusa
A glükóz-6-ph-t a sejt különféle átalakulásokban használhatja fel, amelyek közül a legfontosabbak: katabolizmus az ATP képződésével, glikogén, lipidek, pentózok, poliszacharidok és aminosavak szintézise.

GLIKOGÉN-ANYAGCSERE.
Sok szövet szintetizálja a glikogént a glükóz tartalék formájaként. A glikogén szintézise és lebontása a májban fenntartja a vércukor homeosztázist.

glikogén - elágazó láncú glükóz homopoliszacharid, amelynek tömege >10 7 Da (50 000 glükózmaradék), amelyben a glükózmaradékok lineáris szakaszokban α-1,4-glikozidos kötéssel kapcsolódnak össze. Az elágazási pontokon körülbelül 10 glükózmaradékonként a monomerek α-1,6-glikozidos kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A vízben oldhatatlan glikogén a sejt citoszoljában 10-40 nm átmérőjű granulátum formájában raktározódik. A glikogén főként a májban (legfeljebb 5%) és a vázizmokban (legfeljebb 1%) rakódik le. A szervezet 0-450 g glikogént tartalmazhat.

A glikogén elágazó szerkezete elősegíti azon enzimek működését, amelyek leválasztják vagy monomereket adnak hozzá.

A glikogén szintézise (glikogenogenezis)
A glikogén szintetizálása energiafelhasználással történik az emésztés során (1-2 órával a szénhidráttartalmú táplálék elfogyasztása után).

A glikogén szintézis egy már létező poliszacharid molekula meghosszabbításával valósul meg, az úgynevezett " mag ", vagy " alapozó ". A primer tartalmazhatja a glikogenin fehérjét, amelyben egy oligoszacharid (körülbelül 8 glükózmaradékból) kapcsolódik a Tyr-hez. A glükózmaradékokat glikogén-szintáz viszi át az oligoszacharid nem redukáló végére, és α-1,4-glikozidos kötésekkel kötik meg őket.

Amikor a lineáris régió körülbelül 11 glükózmaradékra bővül, az elágazó enzim a 6-7 aminosavból álló terminális blokkját egy α-1,6-glikozidos kötés kialakításával egy vagy másik lánc belső glükózmaradékára adja át. Egy új elágazási pont legalább 4 maradék távolságra jön létre bármely meglévő elágazási ponttól.

A glikogén lebontása (glikogenolízis)
A glikogén lebontása a glükóz-1-p szekvenciális hasításával megy végbe, válaszul a szervezet glükózszükségletének növekedésére. A reakciót a glikogén-foszforiláz katalizálja:

Glikogén-foszforiláz 2 egyforma alegységből áll (94500 Da). Az inaktív formát b, az aktív formát a jelöli. Aktív foszforiláz b kináz az egyes alegységek foszforilezésével a 14. pozícióban lévő szerinnél.

A glikogén-foszforiláz foszforolízissel hasítja az α-1,4-glikozid kötéseket, amíg 4 glükózmaradék nem marad az elágazási pont előtt.

A glikogén-foszforiláz inaktiválása a defoszforiláció során történik egy specifikus foszforiláz-foszfatáz (foszfoprotein-foszfatáz FPP) részvételével.

Egy ág eltávolítása elágazó enzim . Transzferáz és glikozidáz aktivitással rendelkezik. Átvitel rész ( oligoszacharid transzferáz ) átviszi a három megmaradt glükózmaradékot az elágazási pontig a szomszédos lánc nem redukáló végére, kiterjesztve azt a foszforiláz számára.

glikozidáz rész ( α-1,6-glükozidáz ) hidrolizálja az α-1,6-glikozidos kötést, lehasítva a glükózt.
A glükóz-1-p foszfoglükomutázzal glükóz-6-p-vé izomerizálódik.

A glikogén anyagcserét hormonok szabályozzák (a májban - inzulin, glukagon, adrenalin; az izmokban - inzulin és adrenalin), amelyek szabályozzák a glikogén-szintáz és a glikogén-foszforiláz két kulcsenzimének foszforilációját és defoszforilációját.

Ha a vérben a glükóz szintje nem elegendő, a glukagon hormon felszabadul, szélsőséges esetekben - adrenalin. Stimulálják a glikogén-szintáz (inaktiválódik) és a glikogén-foszforiláz (aktiválódik) foszforilációját. A vércukorszint emelkedésével inzulin szabadul fel, serkenti a glikogén-szintáz (aktiválódik) és a glikogén-foszforiláz (inaktiválódik) defoszforilációját. Ezenkívül az inzulin indukálja a glükokináz szintézisét, ezáltal felgyorsítja a glükóz foszforilációját a sejtben. Mindez ahhoz a tényhez vezet, hogy az inzulin serkenti a glikogén szintézisét, az adrenalin és a glukagon pedig a bomlását.