14.Виды транспорта через клеточные мембраны. Пассивная диффузия через клеточные мембраны. Сопряженный транспорт через клеточные мембраны. Активный транспорт через клеточные мембраны.

В клетке существует регуляторный транспорт: перенос питательных веществ из среды в клетку и продуктов жизнедеятельности из клетки. Благодаря процессам транспорта клетка поддерживает постоянный уровень рН и состав внутриклеточной среды. Условия внутри клетки при этом обеспечивают максимальную активность ферментов во внутриклеточных процессах. Кроме того, мембранный транспорт регулирует постоянство объема клетки, осмотическое давление в клетке.

Транспорт осуществляется тремя способами: 1) пассивная диффузия, 2) сопряженный транспорт, 3)активный транспорт.

1)пассивная диффузия 2)сопряженный транспорт 3)активный транспорт

S – субстрат, C – белок-переносчик, CS – фермент-субстратный комплекс.

Независимо от механизма способность мембраны транспортировать данный субстрат выражают как показатель проницаемости мембраны, см/с : ,(1)

гдеV – объем клетки; A – площадь поверхность клетки; Ce – наружная концентрация субстрата в клетке; Co – начальная концентрация; Ci(t) – конц-ия в момент времени t.

ПАССИВНАЯ ДИФФУЗИЯ - Транспорт веществ через мембрану из области с высокой концентрациейС₁ в область с низкой концентрациейС₂. Движущая сила – разность концентраций по обе стороны мембраны. Пассивная диффузия спонтанна, т. к. < 0 всегда (из ур. ).

Из-за специфической структуры мембраны пассивный транспорт может существовать, если размеры молекул веществ меньше размеров пор мембраны.

СОПРЯЖЕННЫЙ ТРАНСПОРТ - крупные молекулы перемещаются с помощью белка-переносчика С. По этому механизму субстрат на наружной поверхности мембраны соединяется с С, образовавшийся комплекс диффундирует к другой поверхности мембраны , где распадается и выделяет перемещаемую молекулу во внутреннее пространство клетки. Этот процесс имеет ряд особенностей: 1)скорость транспорта в-ва изменяется в зависимости от разности концентраций нелинейно; 2) имеется максимум и уровень насыщения, после которого дальнейшее повышение разности концентраций в-ва не меняет скорость его транспорта.

АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ – движение в-ва идет против химического или электрохимического градиента из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией. В этом случае > 0. В этом случае транспорт осуществляется транспорт осуществляется только с помощью дополнительной энергии АТФ.

Активный транспорт лежит в основе передачи нервных импульсов.

Система активного транспорта обеспечивает перенос в клетку молекул питательных веществ со скоростью значительно превышающей скорость их транспорта за счет пассивной диффузии.

15.Стехиометрия клеточного роста и образования продуктов метаболизма.

В простейшем случае стехиометрия клеточного роста предполагает, что процесс роста клетки идет в аэробных условиях и помимо новых клеток, Н₂О и СО₂ не образуется никаких продуктов. Источник углерода СН_xO_y, источник азота H_lO_mN_n :

аСН_xO_y + bO₂ + c H_eO_mN_n → CH_αO_αN_γ + dН₂О + еСО₂,

для решения данного стехиометрического уравнения составляют систему уравнений:

С: а = 1 + e;

Н: ax + cl = α + 2d;

О: ay + 2b + cm = β + d + 2e;

N: cn = δ. Уравнение для дыхательного коэффициента ,

где е – число молей, выделившегося СО₂; b – число молей выделившегося О₂.

Решая эти уравнения находят коэффициенты и составляют уравнение клеточного роста.

В более сложных случаях разбивают внутриклеточные процессы на этапы с участием ADP и NAD⁺.

1) диссимиляция источника углерода: (1)

(1a)

2) окислительное фосфорилирование : (2)

(2а)

3) биосинтез

(3а)

4)поддержание и рассеивание энергии: (4)

P/O – число актов фосфорилирования ADP в расчете на один атом усвоенного кислорода, характеризует эффективность окислительного фосфорилирования и зависти от условий культивирования; γ_B, γ_S, γ_N - степень восстановленности соответственно биомассы, источника углерода и азота.

Такой подход в стехиометрии более близок к происходящему в клетке , т. к. он отражает баланс по каждому элементу, участвующему в реакции.

СТЕХИОМЕРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА. В соответствии с этим процесс делится на 4 этапа: 1) основной продукт метаболизма является результатом первичного энергетического обмена (например, образование этанола в ходе анаэробного роста дрожжей). 2) образование продукта метаболизма не связано непосредственно с энергетическим обменом (биосинтез лимонной кислоты при аэробном культивировании плесени). 3) конечный продукт является вторичным метаболитом (биосинтез пенициллина при аэробном культивировании плесени). 4) биотрансформация – конечный продукт образуется из субстрата в результате одной или нескольких реакций (гидроксилирование стероидов).

5) образование продуктов метаболизма

(5а), ε_Р – часть субстрата, используемого для образования продуктов метеболизма.