1. Каналы и переносчики
2. Симпортеры, антипортеры и унипортеры
3. Коротко
4. Список использованной литературы

Туристы, путешествующие по одной из тропических стран, съели мороженое, купленное накануне. Вскоре после этого у них начался профузный понос. Руководитель группы, опытный путешественник, сразу распознал симптомы так называемой «диареи путешественников». Было очевидно, что мороженое содержало патогенные колибактерии, токсины которых вызывают открывание трансмембранных хлорных каналов CFTR (англ. cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) (рис. 4А) на протяжении всего кишечника.

В результате действия токсинов происходит обильная секреция ионов хлора, а затем других веществ и воды. Если срочно не будет начато лечение, диарея может стать опасной для жизни у людей с ослабленным иммунитетом, а также у маленьких детей. В течение нескольких дней, пока диарея не прекратится, необходимо обязательно восполнять потерю воды и электролитов. При таком состоянии обычная питьевая вода из кишечника не всасывается.

Поскольку в этом регионе подходящие для инфузионной терапии условия отсутствовали, пострадавшие должны были ежедневно принимать по несколько литров регидратирующего раствора, который состоял из чая, одной чайной ложки поваренной соли и двух столовых ложек сахара на один литр. Ионы натрия и глюкоза могут всасываться из раствора в соотношении 2:1 благодаря переносчику SGLT1 (англ. sodium/glucose cotransporter) (рис. 3Б), который не повреждается токсином; в результате осмотической реакции в ткани поступает вода. После всего случившегося туристы твердо усвоили правило: «Приготовь, прокипяти, очисти либо откажись!»

а) Каналы и переносчики.

P.S. Каналы и переносчики — это транспортные белки, которые поддерживают постоянство внутренней среды организма. При врожденных заболеваниях, обусловленных нарушениями функций ионных каналов и переносчиков, наблюдается недостаточное или избыточное содержание транспортируемых растворенных веществ.

1. Внутренняя среда. Организм человека должен постоянно обмениваться веществами с окружающей средой, сохраняя в то же время постоянство собственной жидкой «внутренней среды», хотя обычно вещества поступают в него совершенно в иных соотношениях. Такой обмен веществ на клеточном уровне осуществляется с помощью плазматических мембран, а на уровне целостного организма — при участии эпителиальных тканей.

Мембраны и эпителиальные ткани образуют в организме барьеры между содержащими жидкость полостями и осуществляют регулируемый транспорт веществ и воды через эти барьеры. Поскольку состав потребляемых продуктов питания не подвергается достаточно строгому контролю, организм поддерживает постоянство внутренней среды за счет регуляции выделительных процессов через почки, кишечник, легкие и кожу.

2. Транспортные функции каналов и переносчиков. Транспортные белки асимметрично распределены в апикальной и базолатеральной частях мембраны эпителиальных клеток. По функциональным характеристикам транспортеры подразделяются на каналы и переносчики (в случае особой организации — насосы) (табл. 1). Каналы и переносчики — это интегральные мембранные белки, которые многократно пронизывают клеточную мембрану и в большинстве своем проявляют высокую специфичность в отношении транспорта определенных веществ или групп сходных веществ. Для работы обоих видов транспортеров свойственна насыщаемость.

Перечень важнейших транспортных белков клеточных мембран выборочно представлен в таблице ниже.

3. Специфичность. Каналы и переносчики обладают специфичностью к частицам определенного класса или к воде. Кроме того, они подразделяются по своей проницаемости и молекулярной структуре. Следует отметить, что функционально сходные транспортеры могут различаться по структуре в зависимости от типа клетки, что привело к идентификации большого числа каналов и переносчиков. С клинической точки зрения важно учитывать, что некоторые наследственные заболевания обусловлены патологией транспортеров только одного типа, например кистозный фиброз и синдром Бартера

P.S. Кистозный фиброз (муковисцидоз):

- Симптомы. Нарушение транспорта в клеточных мембранах нередко становится первопричиной патологии органов. Примером может служить кистозный фиброз (КФ, муковисцидоз) — распространенное наследственное заболевание. Характерные клинические признаки могут показаться лишенными взаимосвязей. Сгущение секрета поджелудочной железы затрудняет его эвакуацию, что приводит к недостаточности функции поджелудочной железы. В итоге образуются кисты с последующим фиброзом экзокринной части поджелудочной железы (отсюда и произошло название болезни). Вызванное этим нарушение пищеварения способствует развитию общей дистрофии.

В просвете бронхов скапливается вязкое слизистое содержимое; блокируется аппарат мукоцилиарного клиренса, важный механизм защиты органов дыхания. Отсюда хронический кашель, затрудненное дыхание и подверженность инфекциям. Вследствие общей дисфункции пищеварения и кислородной недостаточности развиваются анемия и гипопротеинемия, задерживается рост, физическое развитие, наступление половой зрелости. Концентрация NaCl в поте превышает 60 ммоль.

- Патогенез. Клинические проявления кистозного фиброза в основном обусловлены дефектом, который обнаруживается во всех пораженных эпителиях: недостаточная активация хлорных каналов типа CFTR (рис. 4). Вследствие этого происходит уменьшение количества и повышение вязкости выделяемой из легких мокроты, секрета поджелудочной железы, семенных канальцев и т. д.; затрудняется либо становится невозможным отток жидкостей из полостей тела.

4. Транспортные каналы (ионные каналы). Благодаря своим транспортным функциям ионные каналы регулируют мембранный потенциал возбудимых клеток. Для многих каналов активирующую функцию выполняют гормоны (например, альдостерон или антидиуретический гормон — АДГ или вазопрессин) либо вторичные посредники, или вторичные мессенджеры (цАМФ, ионы Са²⁺). Присутствие каналов характерно для клеточных мембран не только эпителиев, но и других тканей.

5. Водные каналы. Почти все клетки имеют каналы семейства аквапоринов, через которые проходит вода. В эпителиальных тканях такие каналы есть в обоих доменах клеточных мембран (апикальном и базальном). Исключение составляют эпителии восходящей части петли Генле и протока слюнной железы, которые обладают ограниченной возможностью проникновения воды или вообще не пропускают воду. От других водных каналов отличается аквапорин-2, активируемый только антидиуретическим гормоном. Этот белок образует поры для переноса воды через апикальную мембрану клеток дистальных почечных канальцев и собирательных трубочек.

6. Белки-переносчики. Ионные каналы, находясь в открытом состоянии, пропускают частицы с высокой скоростью, сохраняя свою прежнюю конформацию. Белки-переносчики, напротив, каждый раз изменяют конформацию при связывании и отсоединении транспортируемой молекулы. Поэтому переносчики работают гораздо медленнее, чем каналы (табл. 1). В отличие от большинства каналов переносчики лишены воротного механизма (gating — механизм регуляции открывания канала, в частности при сдвиге мембранного потенциала). Некоторые специализированные переносчики (насосы, или АТФазы) осуществляют транспорт за счет энергии АТФ.

б) Симпортеры, антипортеры и унипортеры.

P.S. Переносчики могут функционировать как симпортеры и антипортеры, транспортируя сразу несколько веществ в определенном количественном соотношении.

1. Сопряженный транспорт. Многие переносчики транспортируют одновременно несколько веществ (два или даже три) в определенном количественном соотношении. В зависимости от особенностей транспорта различают следующие типы переносчиков.

- Симпортеры переносят несколько частиц совместно в одном направлении (положительно сопряженный транспорт).

- Антипортеры осуществляют встречный транспорт частиц (отрицательно сопряженный транспорт).

- Унипортеры, или «простые» переносчики, функционируют без сопряженного транспорта.

Понятие котранспорт в литературе иногда означает сопряженный транспорт, а иногда симпорт; в последующих разделах этот термин не применяется.

2. Насосы, или АТФазы. Это особая группа первично-активных переносчиков, которые не имеют отношения к диффузии, а используют для своей транспортной работы энергию, высвобождаемую в результате гидролиза АТФ до АДФ и фосфата. Таким образом, АТФаза обладает свойствами фермента и транспортера. Наиболее широко известна присутствующая во всех клетках Na⁺/K⁺-АТФаза. В эпителиальной клетке она входит в состав базолатерального домена мембраны. При гидролизе одной молекулы АТФ из клетки выводятся 3 иона Na⁺ в обмен на вход 2 ионов K⁺ (рис. 3).

Такое количественное соотношение ионов означает, что Na⁺/K⁺-АТФаза переносит электрический заряд, т. е. вызывает электрический ток и появление трансмембранной разности потенциалов. В мембранах животных клеток существуют еще три вида транспортных АТФаз для малых ионов: Са²⁺-АТФаза, Н⁺/К⁺-АТФаза и Н+-АТФаза.

3. Белок множественной лекарственной устойчивости, или MDR (multudrug resistance protein). Этот Р-гликопротеин относится к большой группе АТФ-связывающих кассетных транспортеров, или АВС-транспортеров (ATP binding cassette). За счет энергии расщепления АТФ MDR выводит из клетки различные химические соединения против градиента их концентрации. Захватывая вещество на этапе его диффузии в плазматическую мембрану, MDR перемещает его во внеклеточную среду. Этот транспортер, физиологически присутствующий в печени, тонкой кишке и почках, обеспечивает удаление метаболических ядов. Однако его усиленное образование в опухолевых клетках вызывает их устойчивость к цитостатическим препаратам.

в) Коротко. Транспортные белки. Клеточные мембраны и эпителиальные ткани поддерживают постоянство внутренней среды организма за счет барьерной функции, а также транспорта растворенных веществ и воды. Транспорт осуществляют два вида интегральных белков мембраны: каналы и переносчики. Ионные каналы в открытом состоянии могут пропускать большее количество ионов в секунду, чем переносчики. Однако в эпителиальных клетках число каналов гораздо меньше, чем переносчиков (табл. 1).

В процессах трансэпителиального транспорта, происходящих с участием каналов и переносчиков, перенос через каналы часто становится лимитирующим фактором. Некоторые каналы не обладают воротным механизмом (gating), например водные каналы (аквапорины) постоянно открыты. АТФазы — это особый вид переносчиков, которые за счет гидролиза АТФ поставляют энергию для транспорта ионов. Они являются одновременно ферментами и транспортерами.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Взаимодействие транспортной и барьерной функций эпителиев - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 20.8.2024