8. Проницаемость мембран для различных веществ. Транспорт ксенобиотиков через биологические мембраны: пассивная и облегченная диффузия, активный транспорт, пиноцитоз и фагоцитоз.

Физиологическая активность ксенобиотиков в значительной степени зависит от способности взаимодействовать с клеточными мембранами; не менее важное значение имеет их способ­ность проникать внутрь клетки.

В настоящее время выделяют следующие формы прохождения ксенобиотиков (химических соединений) через мембраны:

1пассивная диффузия;

2облегченная диффузия (переносчики);

3активный транспорт веществ, выполняемый молекулярными машинами (АТФазы) и редокс-цепями (РЦ);

4активный транспорт веществ, осуществляемый за счет сопряжения термодинамических градиентов.

При рассмотрении основных механизмов переноса веществ через биологические мембраны различают пассивный и активный транспорт. При пассивной диффузии ксенобиотики проходят через мембрану в результате случайного молекулярного движения, и величина потока линейно зависит от концентрации и коэффициента проницаемости мембраны для данного вещества. Облегченная диффузия. Вещества, нерастворимые в липидах, с размером молекулы более 0,3-0,4 нм, не диффундируют через мембрану. Однако глюкоза и некоторые другие моносахариды с такими же размерами молекул, как правило, хорошо проникают в клетку. Для объяснения высокой проницаемости клеточных мембран по отношению к сахарам, аминокислотам и некоторым другим соединениям была выдвинута концепция «переносчиков», связывающихся с транспортируемым веществом и таким образом «облегчающих» их прохождение через мембрану. Такая облегченная диффузия происходит по градиенту концентрации без затрат энергии и относится к пассивному транспорту.

В основе механизма облегченной диффузии лежит обратимое соединение транспортируемого вещества со специфическим переносчиком, и образующийся комплекс вещество-переносчик диффундирует внутри мембраны от наружной поверхности к внутренней, где комплекс диссоциирует с высвобождением вещества внутрь клетки. Свободный же переносчик диффундирует назад к наружной поверхности мембраны, где соединяется с новой молекулой вещества, и цикл повторяется.

Активный транспорт веществ либо осуществляется за счет сопряжения электрохимических градиентов, либо выполняется молекулярными машинами (АТФазами). Активный перенос происходит с затратой энергии и идет против градиента электрохими­ческого потенциала. Следует различать первичный и вторичный (или сопряженный) активный транспорт.

Первичный активный транспорт - трансмембранный векторный перенос веществ осуществляется непосредственно в ходе реакции энергетического преобразования в АТФазных системах или ОВЦ, т. е. используется энергия либо АТФ, либо энергия ОВ реакций. Вторичный активный перенос совершается, когда в качестве энер­гетических источников используются градиенты электрохимических потенциалов других ионов.

Следует отметить попадание в клетку веществ с помощью пиноцитоза и фагоцитоза. Транспортные белки (переносчики, АТФазы) способствуют проникновению через клеточные мембраны многих полярных молекул небольшого размера, однако они не способны транспортировать макромолекулы, например белки, полинуклеотиды, полисахариды, а также твердые частицы. Тем не менее в большинстве клеток указанные вещества проходят в обоих направлениях через плазматические мембраны. Механизмы, с помощью которых осуществляются эти процессы, сильно отличаются от механизмов, опосредующих транспорт небольших молекул и ионов. Пиноцитоз подразделяется на несколько этапов:

1) адсорбция на мембране молекул вещества; 2) впячивание или вы­пячивание (инвагинация) мембраны, образование пиноцитозного пузырька и отрыв его от мембраны с затратой энергии АТФ; 3) миграция пузырька внутрь протопласта, органеллы или наружу; 4) растворение мембраны пузырька (при действии фермента) или просто ее разрыв.