Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Пищеварительно-транспортный конвейер (интеграция ферментных и транспортных систем)
Как было отмечено, мембранное пищеварение обеспечивает совершенную интеграцию собственно пищеварительных и транспортных процессов. Это может быть показано при попытке схематически охарактеризовать путь абстрактного олигомера или мономера из мукозной жидкости к поверхности мембраны, а затем через мембрану в интрацеллюлярную среду.
Напомним, что под всасыванием понимается совокупность процессов, обеспечивающих переход веществ из полости тонкой кишки в жидкости внутренней среды (кровь и лимфу). Движение веществ из полости тонкой Кишки до энтеральной поверхности гликокаликса и далее до внешней поверхности трехслойной мембраны через гликокаликсное пространство определяется в основном градиентом концентраций между энтеральным и базальным отделами гликокаликса и потоком растворителя, направленным в обычных условиях в сторону клетки в результате всасывания солей и воды. Диффузионное сопротивление гликокаликса для мелких молекул незначительно отличается от диффузионного сопротивления растворителя, поэтому в первом приближении перемещение олиго-и мономеров на этом этапе весьма сходно и может быть описано как процесс пассивной диффузии (в соответствии с уравнением Фика) и как движение растворенных веществ в потоке растворителя.
Приведенные соображения, а также некоторые другие аргументы и математические расчеты заставляют думать, что интенсивность перехода веществ из глубины химуса к поверхности собственно мембраны должна быть примерно одинаковой для мономеров и олигомеров, если только молекулярные объемы последних не настолько велики, что гликокаликс оказывает эффективное сопротивление.
Иначе обстоит дело в отношении обратных мембранно-кавитальных потоков. В случае олигомеров на внешней поверхности клетки (при мембранном гидролизе) или во внутриклеточной жидкости (при внутриклеточном пищеварении) происходит образование мономеров и создается их максимальная локальная концентрация. Низкая концентрация продуктов полного гидролиза в полости создает благоприятные условия для обратного перехода веществ в полость тонкой кишки в направлении конпен-
280
МЕМБРАНЫ ВСАСЫВАЮЩИХ КЛЕТОК
трационного градиента. По-видимому, выход веществ из щеточной каймы после их мембранного гидролиза предупреждают три механизма. Во-первых, структурные особенности щеточной каймы, так как поры ее резко увеличивают вероятность столкновения образовавшихся мономеров с ре-зорбирующей поверхностью мембраны; во-вторых, направленный в сторону мембраны поток жидкости, который, по-видимому, «прижимает» освобождающиеся при мембранном гидролизе мономеры к поверхности, создавая обогащенный резорбируемыми веществами примембранный слой. И наконец, в-третьих, совершенная передача веществ с гидролитических систем мембраны на транспортные, что, очевидно, играет наиболее существенную роль для эффективности пищеварительно-транспортного конвейера (Уголев, 1963, 1967, 1972; Ugolev, 1972).
Как было отмечено выше, проникновение олигомеров через мембрану сопровождается большой потерей скорости в случае пассивного транспорта из-за малого (4—6 А) эффективного радиуса пор (Lindemann, Solomon, 1962; Smyth, Wright, 1966; Solomon, 1968). Если учесть системы селективного транспорта, то окажется, что эти различия должны в большинстве случаев еще более возрастать, так как системы переносчиков, по крайней мере у высших животных, эффективны только в отношении мономеров.
Допускается, однако, что в некоторых случаях пептиды могут использовать транспортные системы аминокислот, входящих в их состав (Newey, Smyth, 1960, 1961; Matthews et-al., 1968; и др.). В частности, по-видимому, транспорт глицилглицина предшествует гидролизу, что косвенно подтверждается тем обстоятельством, что глицилглицинпептидгидролаза, в отличие от большинства других дипептидаз, локализована не на внешней поверхности мембраны, а кнутри от нее (Уголев и др., 1967; Уголев, 1972). Однако в основном при контакте со слизистой как олигомеров, так и мономеров через мембрану транспортируются лишь последние.
Таким образом, вероятнее всего, высокая эффективность пищеварительно-транспортного конвейера может быть достигнута на этапе передачи продуктов реакции с фермента на вход транспортной системы. Теоретически мыслимы два основных принципа передачи конечных продуктов гидролиза с фермента на вход транспортной системы: 1) образующиеся при гидролизе вещества после диссоциации комплекса фермент — субстрат попадают в водную фазу, откуда путем диффузии вторично поступают на ту же поверхность, где локализованы соответствующие переносчики; 2) вещества передаются или непосредственно с фермента на переносчик, или через промежуточную (адапторную) молекулу без выхода в водную фазу, как это показано на рис. 107 (Уголев, 1970). Следует отметить, что высокая эффективность пищеварительно-транспортного конвейера лучше согласуется со вторым предположением.
На рис. 107 демонстрируется гипотетическая модель ферментативнотранспортного пула на поверхности мембраны. Переносчики, по-видимому, являются белками с молекулярным весом примерно от 10 000 до 70 000, чаще всего около 30 000 (Pardee, 1968). Предполагается, что переносчики связываются с транспортируемыми молекулами и дальше с помощью не вполне ясного механизма переходят с внешней поверхности мембраны на внутреннюю, где освобождают эти молекулы. Работа переносчиков является, таким образом, циклической и по крайней мере на одном из этапов нуждается в свободной энергии. Если такое представление правильно, та
