Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
138
для плотности суммарного потока (Ф) вещества имеем выражение
<D = P([CS]1-[CS]a), (7.3)
где Р =Dll - коэффициент проницаемости мембраны для комплекса; D -
коэффициент диффузии комплекса в мембране; I - толщина мембраны.
Будем рассматривать стационарное состояние, когда поток комплекса в одном
направлении равен потоку свободного переносчика в другом:
Ф = Рс([С]а-[С]1), (7.4)
где Рс = DJI - коэффициент проницаемости мембраны для свободного
переносчика; Dc - коэффициент диффузии переносчика.
Размер молекул переносчика, имеющего белковую природу, гораздо больше
размера молекул транспортируемого вещества. Поэтому можно постулировать,
что коэффициенты диффузии переносчика и комплекса в мембране равны друг
другу, а значит Р =РС. Тогда из (7.2)-(7.4) следует
[С], + [CS], = [С]а + [CS]2 = с0/2. (7.5)
Заменив в уравнениях (7.1) величины [Clj и lCl2 на их выражения через с о
[уравнение (7.2)1, найдя затем выражения для [CSl! и ICSJa и подставив их
1с учетом соотношения (7.5)1 в уравнение (7.3), получим окончательно
ф=ф" жтk-(r)- -dfk-(r)"-(r)*- (7-6)
При ISh = 0 наблюдается однонаправленный (частный) поток вещества слева
направо (см. рис. 53); при этом Ф = = Ф12. Если ISlj = 0, получаем
частный поток справа налево; Ф =- Ф21. Таким образом, общий поток Ф равен
разности частных (однонаправленных) потоков. Максимальная величина (Фм)
каждого из частных потоков равна Рс0/2 и достигается при высокой
концентрации транспортируемого вещества: Ф12 = Фм, когда [Slj " Kv и Ф21
= = ФМ, если lSl2" К2- При этом условии весь переносчик на данной стороне
мембраны оказывается в форме комплекса с транспортируемым веществом.
Чтобы измерить однонаправленный поток, нужно ввести транспортируемое
вещество с одной стороны мембраны и измерить начальный поток, пока
концентрация вещества
139
I/J|2, Ю7с/моль 30
Рис. 54. Графики Лай-нуивера - Берка для транспорта 6-дезокси-D-глюкозы
через эпителий изолированной тонкой кишки хомяка [Крейн и др., 1965].
1. 2 - концентрация ионов натрия в мукозном растворе 0.145 и 0 моль/л;
Jia - скорость транспорта сахара с мукозной стороны к серозной в расчете
на 1 г сырой массы кишки.
2 3 4
VIS],, Ю2 л/моль
другой стороны близка к нулю. Частный поток можно определить и другим
способом: добавить с одной стороны мембраны транспортируемое вещество с
радиоактивной меткой и регистрировать ее появление по другую сторону. В
этом случае неважно даже, куда направлен суммарный поток и существует ли
он вообще; изотоп переносится однонаправленно, так как его концентрация
по другую сторону мембраны равна нулю.
Выражения для однонаправленных потоков и по форме и по сути аналогичны
уравнению Михаэлиса - Ментен для скорости ферментативной реакции: если
скорость последней зависит от связывания субстрата с ферментом, то
скорость переноса вещества - от связывания его с белком-переносчиком.
Чтобы определить параметры и Фм, обычно измеряют скорость транспорта Jl2
(произведение Ф12 и площади поверхности мембраны) при разных IS1, и
откладывают на графике I/Via как функцию 1/fSl,. Получается прямая
(график Лайнуивера - Берка), уравнение которой легко получить из (7.6):
J 1_ I
Лг -^м ^ и [S],
140
где JM - максимальная скорость транспорта, равная про-С изведению Фм и
площади поверхности мембраны. В част-f ности, было показано, что
транспорт сахаров (рис. 54) и аминокислот в тонкой кишке подчиняется
уравнению (7.7). Ш Это говорит о том, что транспорт действительно
происхо-
координат, то отрезки, отсекаемые на осях абсцисс и ор-Г з? динат, будут
равны по абсолютной величине соответст-венно 1//Cj и 1 /Ум.
На анализе величин Кг и JM базируется кинетическое изучение механизма
транспорта веществ в комплексе с ' переносчиком. При тех или иных
воздействиях Ki и JM могут меняться одновременно "или порознь. Если
наблюдается увеличение Кг (см. рис. 54), это свидетельствует о том, что
произошло конкурентное ингибирование транспорта, т. е. ослабление
способности переносчика связывать транспортируемое соединение. Уменьшение
же JM может быть результатом снижения площади поверхности мем-ёк, браны,
концентрации переносчика или скорости диффузии \:ip комплекса через
мембрану 1см. уравнение (7.6) и (7.7)1.
V При сопоставлении величин и Ум для транспорта D-; Л и L-аминокислот в
тонкой кишке установлено, что Ум для обоих стереоизомеров мало
отличаются. для L-аминокислот оказалась в 10-100 раз меньше, чем для D-
форм. Это означает, что L-аминокислоты гораздо силь-bs нее связываются
молекулами переносчика и потому бы-стрее транспортируются.
Перенос сахаров и аминокислот в тонком кишечнике сопряжен с транспортом
Na+, и это сопряжение осуществляется непосредственно на переносчике (рис.
55). В пользу этого говорят два факта. С одной стороны, такой перенос
происходит с значительной скоростью лишь в присутствии ионов натрия. При
этом транспорт сахаров и аминокислот из просвета кишки может
осуществляться даже против их концентрационного градиента при наличии
