Учебная работа. Взаимодействие лекарственных средств с мембранами клеток

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Контрольные рефераты

Учебная работа. Взаимодействие лекарственных средств с мембранами клеток

Федеральное государственное экономное образовательное учреждение

высшего проф образования

«Казанский государственный исследовательский технологический институт»

Кафедра химии и технологии органических соединений азота

Взаимодействие фармацевтических средств с мембранами клеток

Выполнил:

магистрант кафедры ХТОСА

Гр.113-М1 Сагутдинова Л.И.

Проверил:

доктор х.н., ведущий научный

сотрудник, доктор

Юсупова Л.М.

Казань 2014

Содержание

Введение

1. Мембраны био

2. Транспорт веществ в био мембранах

3. Механизм деяния (фармакодинамика) фармацевтических средств

Заключение

Перечень использованных источников

Введение

Познание механизма деяния фармацевтического средства (ЛС) доктором и провизором дозволяет:

— осмысленно избрать нужный продукт для исцеления определенного терапии данному нездоровому, исходя из особенностей функционирования его организма;

— помогает избрать лучший режим дозирования при данном пути введения для того, чтоб обеспечить терапевтическую концентрацию фармацевтического вещества в области сенсора.

Подавляющее большая часть фармацевтических средств оказывает целебное действие методом конфигурации деятельности физиологических систем клеток, которые вырабатывались у организма в процессе эволюции. Под воздействием фармацевтического вещества в организме, как правило, только меняется скорость протекания разных естественных действий.

Торможение либо возбуждение физиологических действий приводит к понижению либо усилению соответственных функций тканей организма.

Фармацевтические средства могут действовать на специальные нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри, ферменты, мембраны клеток либо прямо вести взаимодействие с субстанциями клеток.

В данной работе остановимся на физико-химическом действии на мембраны клеток. деятельность клеток нервной и мышечной систем зависит от потоков ионов, определяющих трансмембранный электронный потенциал.

Некие фармацевтические средства изменяют транспорт ионов.

Так действуют антиаритмические, противосудорожные препараты, средства для общего наркоза.

фармацевтический мембрана продукт клеточка

1. Мембраны био

Рис.1 Схема строения био мембраны:

1 — углеводные фрагменты гликопротеидов; 2 — липидный бислой; 3 — интегральный белок; 4 — «головки» фосфолипидов; 5 — периферический белок; 6 — находящийся в клеточных мембранах всех {живых} организмов кроме безъядерных»> липофильный спирт ; 7 — жирнокислотные «хвосты» фосфолипидов.

Это функционально активные поверхностные структуры шириной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большая часть органелл клеточки, также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей (Рис. 1).

структура мембран

В истинное время общепризнанной является жидкостно-мозаичная модель био мембраны, предложенная в 1971 году Николсоном и Сингером. Согласно данной модели структурную базу био мембраны составляет фосфолипидный бимолекулярный слой, который делает функцию барьера для ионов и водорастворимых молекул и функцию базы, матрицы для мембранных ферментов, рецепторов и остальных, интегрированных в мембраны, белков, гликолипидов и гликопротеидов. В состав липидов плазматических мембран заходит много холестерина .

Молекулы фосфолипидов владеют качествами амфифильности, которое состоит в том, что часть молекулы полярна (а поэтому гидрофильна), а иная — неполярна (и гидрофобна). Это обосновано чертами хим структуры фосфолипидов, молекулы которых строятся из глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты и полярного соединения, соответствующего для всякого класса фосфолипидов (холин, серин, этаноламин и др.). При всем этом полярную гидрофильную часть именуют «головкой», а неполярную гидрофобную — «хвостом». Соотношение длин «головки» и «хвоста» составляет 1:4. Благодаря такому строению фосфолипиды мембран в аква среде стремятся расположиться таковым образом, чтоб неполярные «хвосты» контактировали друг с другом, а полярные «головки» — с водой. Потому липиды в гидрофильной среде самопроизвольно сформировывают бислой: снутри оказываются гидрофобные участки, а снаружи — гидрофильные. Таковая организация липидных молекул отвечает состоянию с минимальным значением потенциала Гиббса. Образовавшийся билипидный слой не образует краёв, а стремится замкнуться на себя. Схожее серьезное пространственное размещение молекул в мембране почти во всем описывает её физические характеристики.

Мембраны имеют высочайшее удельное электронное сопротивление, высшую удельную ёмкость и диэлектрическую проницаемость.

Большая часть фософолипидов имеют два жирнокислотных остатка. Такие липиды собственной формой напоминают сплющенный цилиндр. Если же в липиде одна из 2-ух жирных кислот отсутствует, к примеру, в итоге перекисного окисления липидов либо деяния неких фосфолипаз, то молекула припоминает конус. В аква растворе такие липиды образуют мицеллы, а в мембране — гидрофильные поры, через которые способны проходить молекулы воды и ионы, для которых в норме проницаемость мембраны очень мала. Изменение проницаемости мембраны для веществ может привести к нарушению функционирования и смерти клеточки. Так, к примеру, ионизирующее излучение увеличивает процессы перекисного окисления липидов, а, как следует, содействует образованию пор, что является одним из устройств поражения клеточки.

Мембраны содержат огромное число разных белков. Их количество так велико, что поверхностное натяжение мембраны поближе к величине поверхностного натяжения на границе раздела «белок-вода», чем «липид-вода». Концентрация мембранных белков зависит от вида клеточки. к примеру, в миелиновой оболочке аксона белков в 2,5 раза меньше, чем липидов, а в эритроцитарной мембране, напротив, — белков в 2,5 раза больше. Одни белки находятся на поверхности мембраны (периферические), остальные отчасти погружены в липидный слой либо пронизывают мембрану насквозь (интегральные белки).

Интегральные белки, так же как и липиды, владеют свойством амфифильности: та часть белка, которая находится в мембране, состоит из гидрофобных аминокислот, скрученных в б-спираль; иная часть, выступающая из мембраны, — гидрофильных аминокислот. Интегральные белки удерживаются в мембране благодаря гидрофобным взаимодействиям. Но время от времени их задерживают молекулы цитоскелета — микротрубочки и микрофиламенты. К концу интегрального белка, выступающего во внеклеточную среду, могут быть присоединены углеводы. Эти комплексы именуются гликопротеинами. Они нередко являются сенсорами, участвующими в иммунных реакциях. Примерами интегральных белков являются белок фоторецепторных мембран — бактериородопсин, пронизывающий мембрану семь раз, белок эритроцитов — гликофорин, к полипептидной цепи которых могут быть присоединены разные олигосахариды; эти гликопротеины определяют группу крови системы АВ0. Почти все интегральные белки образуют каналы, через которые могут проходить водорастворимые молекулы и ионы. В этом случае внутренняя часть канала содержит гидрофильные радикалы аминокислот. Интегральные белки соединены с липидами крепкими гидрофобными взаимодействиями.

Периферические белки могут находиться как с внутренней, так и с наружной стороны мембраны. Обычно они соединены с липидами электростатическими взаимодействиями, другими словами существенно слабее, чем интегральные белки. Потому периферические белки просто удаляются с мембраны.

В плазматических мембранах большинства клеток к бислою снаружи примыкает гликокаликс, состоящий из гликолипидов и гликопротеинов. Удельная толика углеводов в биомембранах составляет не наиболее 10-15%.

Толщина био мембран составляет 5-10 нм, но, невзирая на это, их толика в сухой массе клеток превосходит 50%. Это разъясняется плотной упаковкой компонент мембран, также большенный суммарной площадью цитоплазматических и внутриклеточных мембран.

Все природные мембраны асимметричны, другими словами схожие молекулы липидов находятся на внешной и внутренней поверхности в разных концентрациях. Свойство асимметрии присуще и расположению мембранных белков.

Мембранные липиды и белки владеют большенный подвижностью, другими словами способны диффундировать вследствие термического движения. Если перемещение их молекул происходит в границах 1-го мембранного слоя, то таковой процесс именуется латеральной диффузией; если же их молекулы передвигаются из 1-го слоя в иной, то таковой процесс именуется «флип-флоп» — переход. По сопоставлению с латеральной диффузией «флип-флоп» — переход происходит еще пореже. Среднее время меж переходами молекулы фосфолипида с одной поверхности мембраны на другую не превосходит 1-го часа. Молекулы белков практически не испытывают таковых переходов. Скорость перемещения молекул липидов выше, чем молекул белка. Молекулы передвигаются при помощи поступательного движения, могут совершать и вращательные движения. Подвижность неких мембранных белков бывает резко ограничена микротрубочками либо микрофиламентами, которые задерживают их в определенном месте на мембране. Огромные различия меж скоростями латеральной диффузии и «флип-флоп» — переходов весьма важны. Настолько большая скорость латеральной диффузии обеспечивает высшую скорость хим реакций, происходящих на мембранах, а малая скорость «флип-флоп» — переходов содействует сохранению асимметрии мембран.

В организме позвоночных, также почти всех беспозвоночных звериных есть так именуемые базальные мембраны. Эти мембраны представляют собой стены, окружающие группы клеток, нередко они размещены меж эпителиальной и соединительной тканью , в стенах кровеносных сосудов. Строение базальных мембран принципно различается от строения билипидных мембран клеток. Базальные мембраны в главном состоят из гликолипидов и белков. Они обеспечивают механические связи меж клеточками, играют роль фильтра, в особенности в стенах кровеносных сосудов, где они регулируют проникновение веществ из крови в строением и выполняемыми функциями»>ткань . Система базальных мембран капилляров мозга именуется гематоэнцефалическим барьером. Благодаря нему в обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий из себя малогабаритное скопление мозг важной для организма информаци) клеток и их отростков»> обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»>мозг не попадают почти все вещества.

Биофизика мембран изучает структуру био мембран, транспорт веществ через их, генерацию и распространение нервного импульса, процессы рецепции и преобразования энергии.

Био мембраны делают в организме огромное количество функций: они ограничивают клеточку и клеточные органеллы, разделяя клеточку на отдельные области, что дозволяет поддерживать неравновесное состояние организма; сформировывают межклеточные контакты; обеспечивают механическую защиту клеток, избирательный и регулируемый транспорт веществ, проведение нервного импульса; участвуют в синтезе АТФ; обеспечивают среднее размещение в пространстве мембранных белков, которые производят ферментативные реакции; обеспечивают работу рецепторов, иммунной системы.

2. Транспорт веществ в био мембранах

Большая часть действий жизнедеятельности, таковых, как всасывание, выделение, проведение нервного импульса, мышечное сокращение, синтез АТФ, поддержание всепостоянства ионного состава и содержания воды соединено с переносом веществ через мембраны. Этот процесс в био системах получил заглавие транспорта.

Если перенос вещества происходит с уменьшением химического потенциала, другими словами не просит издержек энергии, то таковой транспорт именуется пассивным. Его разновидностями являются диффузия (перемещение веществ в сторону наименьшей концентрации) и фильтрация (просачивание веществ поры в сторону наименьших значений давления). При помощи диффузии в клеточку попадают растворенные молекулы кислорода и углекислого газа, также ядовитые вещества и фармацевтические препараты. Примером фильтрации в организме является перенос воды через стены кровеносных сосудов, выдавливание плазмы крови в почечные канальцы.

Транспорт веществ через липидный бислой при помощи обычной диффузии совершается с малой скоростью, в особенности в случае заряженных частиц, и практически не контролируется. Потому в процессе эволюции для неких веществ возникли специальные мембранные каналы и мембранные переносчики, которые содействуют увеличению скорости переноса и, не считая того, производят селективный транспорт. Пассивный транспорт веществ при помощи переносчиков именуется облегченной диффузией. (Схема пассивного и активного транспорта представлена на Рис. 2)

время от времени требуется перенести вещество из области с наименьшим значением химического потенциала в область с огромным его значением. Этот процесс не может протекать самопроизвольно и просит издержек энергии. Таковой вид транспорта именуется активным. к примеру, в сторону роста химического потенциала осуществляется трансмембранный перенос натрия. Если энергия, нужная для воплощения активного транспорта, берется за счет гидролиза АТФ либо окислительно-восстановительных реакций, то таковой транспорт именуется первично-активным; если — за счет градиента концентраций остальных ионов, то — вторично-активным либо сопряженным.

Рис. 2. Схема пассивного и активного транспорта

Через мембрану могут переноситься не только лишь отдельные молекулы, да и твердые тела (фагоцитоз), смеси (пиноцитоз). Если вещество транспортируется вовнутрь клеточки, то таковой вид транспорта именуется эндоцитозом, если наружу, то — экзоцитозом. В первом случае на внешной стороне мембраны появляется впячивание, которое равномерно преобразуется в пузырек. Пузырек отрывается от мембраны снутри клеточки. Таковой пузырек содержит внутри себя транспортируемое вещество, окруженное билипидной оболочкой (везикулой). В предстоящем везикула соединяется с какой-либо клеточной органеллой и выпускает в неё своё содержимое. В случае экзоцитоза процесс происходит в оборотной последовательности: везикула подступает к мембране с внутренней стороны клеточки, соединяется с ней и выбрасывает своё содержимое в межклеточное место.

Пассивный транспорт нейтральных частиц

При наличии градиента концентраций вещества совершается диффузия либо пассивный транспорт обозначенного вещества из области с большей концентрацией в область с наименьшей концентрацией. Это явление происходит самопроизвольно (без издержек энергии) до того времени, пока концентрации не выровняются, и суммарный поток вещества не обратится в ноль (в случае {живых} клеток такое сглаживание может и не наступить, если вещества безпрерывно синтезируются либо, напротив, затрачиваются в процессе хим реакции).

Различают несколько типов пассивного переноса веществ через мембраны: обычная диффузия, перенос через каналы и транспорт при помощи переносчиков за счет диффузии переносчика совместно с веществом в мембране (подвижный переносчик) либо эстафетной передачи вещества от одной молекулы переносчика к иной (молекулы переносчика образуют временную цепочку поперек мембраны). Все механизмы переноса веществ делят на две группы:

— Такие, при которых любая молекула переносится независимо от остальных и эффекты концентрационного насыщения отсутствуют;

— Такие, в каких перенос осуществляется опосля связывания транспортируемой молекулы переносчиком; по мере наполнения вольных переносчиков наблюдается эффект концентрационного насыщения скорости переноса.

Пассивный перенос вещества вдоль оси х описывается уравнением Фика:

Ц = -Ddc/dx,

где Ц — поток вещества;

D — коэффициент диффузии;

dc/dx — градиент концентрации c в направлении x.

Символ » — » значит, что поток ориентирован в сторону наименьших значений концентрации, другими словами приводит к уменьшению величины концентрационного градиента.

Для расчетного описания переноса веществ через биологическую мембрану пользуются законом Фика для пассивного транспорта веществ через мембрану:

Ц = -DK/l *(cвн-cвв) = -P(cвн-cвв),

где Ц — плотность потока;

D — коэффициент диффузии;

К — коэффициент распределения вещества меж мембраной и окружающей аква фазой;

l — толщина мембраны; cвв — концентрация частиц снутри клеточки;

свн — концентрация частиц снаружи клеточки;

P — коэффициент проницаемости (см. тему 2).

Другими словами, величина потока и скорость транспорта веществ через мембрану прямо пропорциональны коэффициенту распределения, который количественно отражает степень липофильности вещества. Чем больше значение коэффициента распределения, тем лучше вещество растворяется в мембране и с тем большей скоростью переносится через неё.

Если разглядывать пассивный переход с позиций перевоплощения энергии, то поток, проходящий через биологическую мембрану, равен:

Ц = — uc (dG/dx),

где u = D/RT — коэффициент пропорциональности, который зависит от скорости диффузии молекул и именуется подвижностью.

Таковым образом, поток пропорционален концентрации вещества и градиенту термодинамического потенциала в направлении тока.

Пассивный транспорт ионов

1. В этом случае, когда меняется концентрация вещества и электронный потенциал, уравнения для потоков незаряженных и заряженных частиц сходны:

Ц = — uc (dG/dx).

2. Если меняется к тому же обычный химический потенциал, то уравнение для потока вещества описывается уравнением Теорелла:

Ц = — cu * (dм/dx),

где м — химический потенциал, который зависит от природы вещества и природы растворителя.

3. Если во всей рассматриваемой области диффузии отсутствуют хим перевоплощения вещества и растворитель схож, то в этом случае уравнение Теорелла сводится к электродиффузному уравнению Нернста-Планка:

Ц = -uRT (dc/dx) -cuz* Fdц/dx.

Это уравнение обрисовывает пассивный перенос частиц в критериях существования градиентов концентрации вещества и электронного потенциала в растворе либо в однородной незаряженной мембране.

4. Если известны концентрации ионов по обе стороны мембраны, трансмембранная разность потенциалов и коэффициент проницаемости, то величину пассивного потока ионов обрисовывают при помощи уравнения Гольдмана:

Ц ={zFДцС/RT} * {[c2exp(zFДц/RT) -c1]/[1-exp(zFДц/RT]}.

5. Если потоки ориентированы обратно, то их отношение описывается уравнением Уссинга-Теорелла:

Ц2/Ц1 = c1/c2exp[- zFДц/RT].

Вывод: пассивный транспорт ионов может происходить лишь в случае наличия на мембране градиентов концентрации либо электронного потенциала и описывается в общем случае уравнениями Нернста-Планка, Гольдмана либо Уссинга-Теорелла. Невыполнение этих уравнений свидетельствует о том, что перенос ионов осуществляется интенсивно либо через мембранные каналы, где нереально существование независящих ионных потоков.

Уравнение Нернста

В живом организме по обе стороны хоть какой био мембраны находятся ионные смеси, при этом концентрации 1-го и такого же иона по обе стороны нередко различаются. Одной из обстоятельств установления и поддержания этих градиентов концентраций является разная проницаемость мембраны для тех либо других ионов. В этом случае градиент концентрации 1-го вещества может поддерживаться за счет наличия градиента концентрации другого вещества и/либо разности потенциалов по обе стороны мембраны (так именуемой трансмембранной разности потенциалов). Условием установления равновесия меж 2-мя смесями, разбитыми полупроницаемой мембраной, с разными концентрациями схожих ионов является равенство химических потенциалов по одну и другую сторону мембраны. Значение разности электронных потенциалов, которая устанавливается на мембране при наличии градиента концентраций, рассчитывается при помощи уравнения Нернста:

Дц = цi — ц0 = (RT/zF)*lg (c0/ci).

Равновесие Доннана

В клеточке не считая малых ионов находятся к тому же заряженные макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты). Обычно, эти макромолекулы заряжены негативно. Мембрана проницаема для малых ионов и непроницаема для макромолекул. Для всякого из смесей, находящихся по обе стороны мембраны, нужно выполнение условия электронейтральности, другими словами сумма положительных и отрицательных зарядов всех ионов обязана приравниваться нулю. Для компенсации снутри клеточки отрицательных зарядов макромолекул часть отрицательных малых ионов выходит из клеточки, а часть положительных зарядов проходит в клеточку из межклеточной среды. Другими словами на мембране возникает так именуемая доннановская разность потенциалов, которая составляет

цi — ц0 = -RT/F*[R-]i /2c.

Ионный транспорт через каналы

Механизм обыкновенной электродиффузии в жив клеточке обеспечивает проницаемость мембран для кислорода и углекислого газа. Этот процесс происходит очень медлительно и плохо контролируется, потому клеточка не может его применять для переноса питательных веществ и нужных для жизнедеятельности ионов. Так, из каждых 1061 ионов, находящихся в аква растворе, лишь один находится в липидной фазе мембраны. Скорость переноса ионов существенно увеличивается, если в мембране есть ионные каналы. Более всераспространены каналы для ионов калия, натрия, кальция. Ионные мембранные каналы образованы интегральными белками. Таковой канал быть может или открыт, или закрыт для транспорта ионов. Эти два состояния реализуются конфигурацией конформации каналообразующих белков, что быть может вызвано конфигурацией критерий в клеточке и во внеклеточной среде, к примеру, конфигурацией мембранного потенциала.

Потому что обычно при помощи каналов транспортируются гидрофильные вещества, то во внутренней полости их имеется огромное число гидрофильных хим групп. Любой канал неоднороден по строению: вдоль его внутренней полости размещаются разные хим группы, сродство ионов к которым неодинаково. канал может иметь один либо несколько ионных центров связывания. Эти центры представляют собой заряженные группы. Когда ион попадает в канал, он связывается с этими группами и таковым образом попадает в потенциальную яму. Для того чтоб попасть в другую потенциальную яму, иону требуется преодолеть некий возможный барьер. Таковых барьеров вдоль длины канала быть может несколько, при этом высота их, обычно, неодинакова и может изменяться зависимо от наличия либо отсутствия ионов в канале, либо конфигурации трансмембранной разности потенциалов. Потому что в канале находятся заряженные группы, то изменение мембранного потенциала является нелинейным. Не считая этого, наличие заряженных групп может привести к непостоянству значений коэффициента распределения по длине канала.

Почти все мембранные каналы так узки, что ионы не могут в их двигаться в разных направлениях независимо друг от друга: если в какой-нибудь возможной яме уже есть ион, то иной не может в неё попасть. Это относится, к примеру, к калиевым каналам. Встречные потоки ионов натрия через натриевые каналы можно считать независящими, но если через эти каналы движутся ионы калия, то принцип независимости уже не производится. Для почти всех каналов, зависимо от их строения, при больших концентрациях ионов в окружающей среде наблюдается

а) эффект насыщения: при увеличении концентрации ионов скорость их переноса увеличивается, но лишь до определенного уровня, выше которого скорость не меняется;

б) блокировка: при концентрациях ионов выше некого значения скорость переноса начинает понижаться.

При переходе иона из окружающей среды в канал вольная энергия миниатюризируется. При всем этом величина потенциального барьера ниже, чем при переходе иона конкретно через липидный бислой мембраны.

Ионные каналы владеют селективностью, другими словами имеют разные величины проводимости для разных ионов. Любой канал транспортирует в большей степени ионы 1-го вида, к примеру, натриевый канал — ионы натрия, калиевый — ионы калия. Через катионные каналы не способны проходить анионы и напротив. Но для ионов такого же знака, что и главный ион, канал уже не владеет таковой абсолютной селективностью. Проводимость канала для остальных ионов собственного знака ниже, чем для собственного, но отлична от нуля. к примеру, через специальные натриевые каналы способны транспортироваться также и ионы калия, но в 20 раз медлительнее, чем ионы натрия.

Согласно современным представлениям, селективность канала, до этого всего, определяется радиусом транспортируемого иона. Ионы, радиус которых превосходит радиус канала, не способны проходить через канал вследствие такового стерического несоответствия. Ионы, владеющие наименьшим радиусом, по сопоставлению с радиусом канала, также не постоянно могут пройти через канал. Чем меньше радиус иона по сопоставлению с радиусом канала, тем меньше возможность прохождения иона через этот канал. Этот эффект разъясняется тем, что ионы в аква растворе постоянно находятся в гидратированном состоянии. Перенос же через канал просит сброса нескольких гидратных оболочек, в итоге которого ион остается только в одной гидратной «одежде». Сброшенная гидратная оболочка заменяется иными полярными соединениями, в роли которых выступают фиксированные дипольные группы канала. Размер иона должен быть таким, чтоб он мог вести взаимодействие с хорошим числом этих полярных групп. к примеру, ион калия в собственном селективном канале ведет взаимодействие со всеми пятью атомами кислорода, а наименьший по размеру ион натрия может связаться в калиевом канале лишь с 2-мя атомами кислорода. Как следует, крепкость связи канала с ионом натрия будет мала. А если связи иона с дипольными группами нет совершенно, то и пройти он через этот канал не может. Как следует, идеальнее всего проходит через канал тот ион, который имеет радиус (совместно с одинарной гидратной «одеждой») равный радиусу канала.

Селективность каналов определяется не только лишь зависимостью проводимости канала от радиуса транспортируемого иона, да и хим строением иона. к примеру, через натриевые каналы переносятся ионы гидроксиламмония и не переносятся ионы метиламмония, хотя их радиусы равны радиусу канала. Это разъясняется тем, что гидроксильная группа гидроксиламмония способна создавать водородные связи с атомами кислорода, выстилающими внутренний поперечник канала, а метильная группа метиламмония с ними не ведет взаимодействие.

Каналы могут блокироваться некими соединениями, которые связываются с селективными фильтрами либо с входом в канал, закупоривая его. Потому что молекула-блокатор обязана стерически соответствовать участку блокируемого канала, то для каналов определённого вида есть специальные блокаторы. к примеру, молекулы тетродоксина заблокируют натриевые каналы, а молекулы тетраэтиламмония — калиевые.

Пассивный транспорт веществ при помощи переносчиков

Для неких веществ есть специальные переносчики белковой природы, которые снижают энергию активации, нужную для переноса вещества через липидный бислой. Переносчики производят так именуемую облегченную диффузию. Общий поток веществ через мембрану при участии переносчиков состоит из 2-ух компонент: потока, вызванного обычной диффузией, и потока, вызванного облегченной диффузией. Потому в данном случае вещества транспортируются с большей скоростью, чем при обычной диффузии. Переносчики, осуществляющие пассивный транспорт, переносят вещества из области с большей концентрацией в область с наименьшей концентрацией и не требуют издержек энергии.

Переносчики обеспечивают транспорт веществ, которые сами по для себя попадают через мембрану очень медлительно из-за высочайшей гидрофильности. Есть переносчики для неких аминокислот, углеводов, пуриновых и пиримидиновых оснований, нуклеозидов. Таковым образом, к примеру, происходит всасывание почти всех пищевых товаров в кишечном тракте, процессы реабсорбции в почках.

Отличительные признаки транспорта веществ при помощи переносчиков:

1. Переносчики владеют высочайшей хим спецификой, другими словами способны переносить лишь определённые субстраты (некие переносчики даже способны различать L- и D-изомеры 1-го и такого же вещества).

2. Скорость переноса увеличивается пропорционально концентрации переносимого вещества, но только до некой определённой величины, другими словами наблюдается эффект насыщения переносчика. Но в настоящей клеточке нередко случается так, что даже при полном насыщении переносчика при увеличении разности концентраций скорость переноса всё равно будет возрастать за счет обычной диффузии.

3. Переносчики способны конкурентно ингибироваться субстанциями, структура которых сходна со структурой субстрата.

Одним из более изученных случаев пассивного транспорта веществ при помощи переносчиков является перенос глюкозы в эритроциты. Переносчик D-глюкозы способен транспортировать также вещества, структурно напоминающие субстрат, к примеру, D-маннозу, D-ксилозу, D-арабинозу и D-галактозу, но не надлежащие L-сахара. Перечисленные D-изомеры углеводов вызывают конкурентноспособное ингибирование переносчика D-глюкозы, который обязан переносить эти вещества заместо собственного собственного субстрата. Для того, чтоб специфичный переносчик сахара перенёс другое вещество, крайнее обязано иметь в собственной структуре шестиуглеродный пиранозный скелет.

Явление насыщения переносчика при больших концентрациях транспортируемого вещества можно узреть на примере реабсорбции глюкозы в почечных канальцах. Плазма крови выдавливается под действием гидростатического давления в почечный клубочек, а потом реабсорбируется назад кроме товаров обмена и лишних количеств воды и электролитов. Если концентрация глюкозы в плазме крови не превосходит так именуемый почечный порог, величина которого составляет 11 ммоль/л, то глюкоза реабсорбируется на сто процентов. В неприятном случае наблюдается явление насыщения системы переноса глюкозы тогда и её остаток выделяется с мочой. Почечный порог реабсорбции существует и для неких остальных веществ, к примеру, фосфата, сульфата, аминокислот. Явление насыщения переносчиков время от времени может содействовать поддержанию неизменной концентрации данного вещества в организме. В случае глюкозы почечный порог в два раза выше её обычной концентрации в плазме крови , потому почки не могут принимать роли в регуляции содержания глюкозы в крови . Для фосфата же обычная концентрация в крови практически совпадает с величиной почечного порога, что приводит к выведению лишнего его количества с мочой и поддержанию его концентрации на неизменном уровне.

Индуцированный ионный транспорт

Транспорт ионов при помощи переносчиков именуется индуцированным ионным транспортом, а сам переносчик — ионофором. структура ионофора такая, что снаружи он покрыт неполярными группами, по этому ему прибыльно находиться в гидрофобной части мембраны. Снутри ионофора имеется полость, которая покрыта полярными группами, к которым и присоединяются ионы. Почти все ионофоры выделены из микробов, остальные имеют синтетическое происхождение. Известны две разновидности ионных переносчиков. Так именуемые подвижные переносчики связываются с ионом, диффундируют с ним через мембрану, освобождают его по другую сторону и ворачиваются назад. Остальные переносчики остаются недвижными относительно мембраны, они сформировывают мембранные каналы, которые обычно не пронизывают мембрану насквозь. Ионы, пересекая мембрану, обязаны перебегать по цепочке из одной молекулы-переносчика в другую, потому таковой перенос именуется эстафетным.

Активный транспорт

В организме нередко наблюдается транспорт нейтральных частиц либо ионов, в процессе которого химический потенциал увеличивается. к примеру, концентрация ионов калия в клеточке намного выше, чем в межклеточной среде, а натрия, напротив, — ниже. Высочайший градиент концентрации калия поддерживается градиентом электронного потенциала, направленным в обратную сторону, и подчиняется условию равновесия, определяемым уравнением Нернста. Направление градиента электронного потенциала таково, что ионам натрия также еще прибыльнее находиться в клеточке, чем во внеклеточной среде. Самопроизвольный вынос из клеточки ионов натрия неосуществим и осуществляется лишь за счет притока энергии. Известны системы активного транспорта дл ионов калия, натрия, кальция и водорода.

Поддержание градиента концентраций ионов натрия и калия обеспечивается работой натрий-калиевого насоса. Он представляет собой мембранные белки, которые работают как ферменты аденозинтрифосфатазы (АТФазы). Задачей этих ферментов является расщепление АТФ на АДФ и неорганический фосфат. процесс распада сопровождается выделением энергии, которая расходуется на транспорт ионов в сторону роста химического потенциала. Расщепление АТФ стимулируется ионами натрия и калия и зависит от наличия магния. Активный транспорт вероятен лишь за счет сопряжения транспорта какого-нибудь вещества с реакцией гидролиза АТФ.

Механизм сопряжения совсем не выяснен. Скорее всего, энергия АТФ расходуется на изменение конформации транспортного белка, что изменяет его сродство (константу связывания) к тем либо другим ионам. Транспорт постоянно осуществляется в ту сторону, где сродство ниже. В клеточке константа связывания переносчика с Na+ существенно выше, чем с K+. Потому ионы натрия в клеточке связываются с белком и транспортируются во внеклеточную среду. По другую сторону мембраны конформация белка изменяется таковым образом, что константа связывания с Na+миниатюризируется, а с K+ — возрастает. структура ионсвязывающего участка белка в этом случае такая, что к нему могут присоединяться уже не три, а два иона калия, которые и переносятся в клеточку.

Согласно современным представлениям, процесс активного транспорта Na+ и K+ происходит в последующие семь шагов.

1. В присутствии Mg2+ на внутренней стороне мембраны появляется комплекс фермента АТФазы с АТФ.

2. Присоединение АТФ изменяет конформацию фермента таковым образом, что к образовавшемуся комплексу присоединяются три иона натрия.

3. Происходит фосфорилирование Na+,K+ — АТФазы и отщепление АДФ.

4. Ионсвязывающий центр фермента {перемещается} относительно толщины мембраны, в итоге чего же ион натрия оказывается на наружной стороне клеточки.

5. Снаружи клеточки вследствие уменьшения сродства фермента к ионам натрия и увеличения сродства к калию происходит обмен этими ионами.

6. Опосля отщепления фосфата фермент с присоединенными ионами калия опять изменяет положение относительно мембраны.

7. Ионы калия и неорганический фосфат высвобождаются в цитоплазму, и фермент ворачивается в начальное состояние.

Таковым образом, энергии, выделяющейся при гидролизе одной молекулы АТФ довольно, чтоб вынести из клеточки три иона натрия и внести два иона калия. Na+,K+ — насос содействует не только лишь увеличению градиентов концентраций ионов, да и возрастанию градиента электронного потенциала, другими словами является электрогенным, потому что сумма вносимых зарядов неравна сумме выносимых. Межклеточная среда приобретает «наиболее положительный» заряд по сопоставлению с клеточкой за счет выноса 1-го «излишнего» положительного иона.

В мембранах саркоплазматического ретикулума мышечных клеток и цитоплазматических мембранах кардиомиоцитов существует Ca2+ — насос, работа которого почти во всем сходна с механизмом переноса ионов Na+,K+ — насосом. За один цикл, в процессе которого расходуется одна молекула АТФ, переносится два иона кальция.

Активный транспорт протонов может осуществляться как при помощи подвижных переносчиков, так и через мембранные каналы. Протонные каналы представляют собой интегральные белки, образующие внутреннюю пору, где содержатся участки, к которым могут присоединяться протоны. Энергия АТФ расходуется на изменение конформации белковых молекул, вследствие чего же сродство одних участков связывания к протонам снижается, а остальных — возрастает, что принуждает протон проскочить на иной участок канала, сродство которого к протону на данный момент выше. Методом таковых перескоков с 1-го участка связывания на иной ион водорода пересекает мембрану.

Перенос Н+ против градиентов их концентраций осуществляется не только лишь за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ, да и за счет энергии фотонов. Этот метод употребляется галофильными микробами, которые на свету откачивают протоны из клеточки, а энергию создавшегося градиента концентраций употребляют для синтеза АТФ.

Вторично-активный транспорт

Транспорт, источником энергии которого служит не конкретно АТФ либо энергия окислительно-восстановительных реакций, а градиент концентраций остальных веществ, именуется вторично-активным, либо сопряженным транспортом. Существует три вида вторично-активного транспорта ионов (представлена на рис.3): унипорт, симпорт и антипорт.

1. В случае унипорта за счет существования на мембране градиента электронного потенциала осуществляется однонаправленный транспорт заряженных частиц в сторону наименьшего значения потенциала. К примеру, митохондрии в процессе собственного функционирования интенсивно откачивают протоны из матрикса в цитоплазму, в итоге чего же их внутренняя область оказывается заряженной наиболее негативно, чем наружная. В обычных критериях сделанный градиент химического потенциала употребляется для синтеза АТФ.

2. В процессе антипорта осуществляется транспорт идиентично заряженных ионов 2-ух типов в различные стороны.

3. По механизму симпорта осуществляется транспорт обратно заряженных ионов в одну сторону. При всем этом транспорт 1-го из ионов осуществляется по градиенту концентраций, а транспорт второго — по градиенту электронного потенциала, создаваемого транспортом первого иона.

Рис. 3. Схема вторично-активного транспорта веществ.

Одним из более изученных случаев вторично-активного транспорта незаряженных молекул является всасывание глюкозы в стенах кишечного тракта. Концентрация глюкозы в энтероцитах выше, чем в просвете кишечного тракта, потому пассивное её всасывание нереально. Клеточки кишечного тракта интенсивно откачивают натрий из энтероцитов в серозную область кишечного тракта, в итоге чего же концентрация Na+ в клеточке понижается по сопоставлению с его концентрацией снаружи. Благодаря этому становится вероятным пассивный транспорт натрия из просвета кишечного тракта в энтероцит. Но обычная диффузия ионов через бислой не достаточно возможна и натрий может пересечь мембрану лишь при помощи переносчика. При всем этом переносчик связывается не только лишь с натрием, да и с молекулой глюкозы. Образовавшийся комплекс пассивно по градиенту концентраций ионов натрия и электронного потенциала переносится вовнутрь клеточки. Таковым образом, транспорт глюкозы осуществляется против градиента концентрации, но не за счет энергии АТФ, а за счет существования градиента концентрации другого вещества, в данном случае — ионов натрия. Подобные системы транспорта есть и для почти всех остальных веществ, к примеру, углеводов и аминокислот, что весьма принципиально, потому что для их отсутствуют специальные насосы.

3. Механизм деяния (фармакодинамика) фармацевтических средств

Механизм деяния фармацевтических средств связан с их действием на физиологические, патофизиологические и биохимические процессы, происходящие в организме человека.

Фармакодинамика подавляющего большинства фармацевтических средств является следствием их воздействия на функцию на биологическом уровне активных веществ (БАВ ), участвующих или в передаче нервного импульса, или являющихся гормонами, витаминами, аминокислотами, метаболитами и пр.

Почти все фармацевтические вещества могут изменять активность рецепторов (компонент цитоплазматической мембраны, внутриклеточных структур, в том Числе ферментов, структурных белков и пр.), имеющихся в организме для взаимодействия с БАВ . Для всякого эндогенного БАВ есть специальные нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри. Лекарства же могут быть в разной степени схожими (по структуре, пространственному расположению частей молекулы) на эти эндогенные вещества. Их структурные аналоги либо вещества весьма схожего строения могут вести взаимодействие с подходящим сенсором, вызывать его возбуждение и имитировать эффект эндогенного вещества. Фармацевтические средства, наименее похожие по структуре на БАВ , тоже могут вести взаимодействие с сенсором, слегка его возбуждать, но перекрыть реакцию на эндогенное БАВ и его агонисты (неполный антагонист, антагонист с внутренней миметической активностью). В конце концов, лекарственное вещество может вести взаимодействие с сенсором и на сто процентов перекрыть его реакцию и на соответственное БАВ , и на его агонисты.

Лекарства могут вступать в связь не с самим сенсором, находящимся, к примеру, на поверхности клеточной мембраны, а с иными ее компонентами, окружающими сенсор. При всем этом могут произойти конфигурации в пространственном расположении компонент мембраны так, что сенсор станет наиболее либо наименее легкодоступным для БАВ . В итоге может появиться или сенсибилизация (увеличение чувствительности), или десенситизация (понижение чувствительности) сенсора по отношению к БАВ . Так как в этом случае лечущее средство влияло не на сенсоры, а на остальные участки мембраны, то этот эффект именуют аллостерическим (от греч. alios — иной).

Взаимодействие фармацевтических средств — аналогов БАВ — с сенсорами, расположенными на поверхности клеточных мембран либо снутри клеточки, приводит (как и при контакте с БАВ ) к появлению сигнала для начала активности клеточки. Как уже сказано, для всякого БАВ есть свои нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри, часто различные (по 2—5 и наиболее). Но реакции клеток на появившийся сигнал обычно развиваются при помощи внутриклеточных посредников (мес-сенджеров) и могут оказаться схожими независимо от свойства БАВ либо схожего на него вещества.

Сенсор, локализованный на поверхности клеточной мембраны, быть может компонентом (доменом) системы, в которую кроме самого сенсора заходит каталитическая (ферментная, энзиматическая) субъединица (домен), находящаяся снутри клеточки. Оба компонента (домены) соединены друг с другом недлинной цепью из гидрофобных остатков аминокислот снутри самой клеточной мембраны.

Таковыми сенсорами являются, к примеру, сенсоры для полипептидных гормонов, регулирующих рост, дифференцировку, развитие и время от времени резвые метаболические реакции. Эти нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри представляют собой протеинкиназы, катализирующие фосфорилирование протеинов-мишеней. Мишенями могут быть энзимы (в том числе остальные киназы), регуляторные либо структурные протеины. Фосфорилирование изменяет активность этих протеинов. В их почаще фосфорилируются остатки тирозина при помощи тирозинкиназ, к примеру, в сенсорах для инсулина, эпидермального ростового фактора, неких лимфокинов. Фосфорилироваться могут остатки серина либо треонина в протеинах, к примеру при содействии сенсора с трансформирующим ростовым Р-фактором.

нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри могут быть соединены не с протеинкиназами, а с внутриклеточной гуанилатциклазой, образующей вторичный мессенджер — гуанозинмонофосфат (ГМФ), к примеру, сенсор, взаимодействующий с предсердным натриуретическим пептидом.

нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри для разных нейромедиаторов могут быть у медиаторозависимых (лигандозависимых) ионных каналов в плазматических мембранах клеток, по которым происходит передвижение ионов как вовнутрь, так и из клеточки. к примеру, сенсоры для ацетилхолина (Н), гамма-аминомасляной кислоты: ГАМК-А, сенсоры для глутамата, аспартата, глицина, серотонина. Эти каналы являются частью сложной структуры, состоящей из нескольких компонент, способных реагировать на разные агонисты и антагонисты нареченных БАВ .

Ионы кальция — внутриклеточные посредники 3-го порядка в активности почти всех БАВ и их аналогов, стимулирующих образование цАМФ либо гидролиз ФИФ2 и или увеличивающих поступление его в клеточку, или освобождающих его из внутриклеточных депо (эндо — либо саркоплазматического ретикулума, митохондрий). Увеличение внутриклеточной концентрации кальция активирует процессы освобождения нейромедиаторов, сокращения миокарда, скелетных и гладких мускул, секрецию эндо — и экзокринных желез, агрегацию тромбоцитов; Са++ увеличивает активность почти всех ферментов, участвующих в белковом, жировом и углеводном обмене, содействующих освобождению арахидоновой кислоты из фосфолипидов и пр. Посредником в активности Са++ является кальмодулин — белок, состоящий из 148 остатков аминокислот. Комплекс кальмодулина с Са++ провоцирует функцию почти всех ферментов: фосфодиэстераз повторяющихся нуклеотидов (цАМФ и цГМФ), протеинканаз, зависящих от этих нуклеотидов, Са++-, М-Фазы цитоплазматической мембраны, фосфорилазы, киназы гликогенсинтетазы, фосфолипазы А2, сукциндегидрогеназы, N-метилтрансферазы и почти всех остальных. Под воздействием этого комплекса (кальмодулина с Са +) могут сразу возрастать процессы образования цАМФ и распада цГМФ. Кальмодулин участвует в регуляции деления клеток (стимулируя синтез ДНК , вступление клеточки в фазу митоза), в сократительной функции миокарда, склелетных мускул, миометрия.

Не считая кальциевых каналов, открывающихся под воздействием разных медиаторов и гормонов (стимулирующих образование цАМФ), существует по последней мере три типа «неспешных» кальциевых каналов, открывающихся под воздействием деполяризации клеточной мембраны (потенциал — либо вольтажзависимые каналы). В истинное время существует большая группа фармацевтических веществ (блокаторы кальциевых каналов), блокирующих эти потенциалзависимые каналы, препятствующих поступлению Са++ вовнутрь клеточки и сиим ограничивающих его чрезмерную активнодть. Некие лекарства могут тормозить кальмодулин.

В фармакодинамике ряда фармацевтических средств имеет (биологически активные вещества)) с ферментами (холинэстеразами, моно-аминоксидазами, редуктазой фолиевой кислоты, кининазами, ангиотензин-конвертирующим ферментом, плазмином, калликреином, синтетазой оксида азота и др.), тормозить их активность и сиим изменять зависимые от их биохимические процессы.

Заключение

Активным средством в руках доктора, при помощи которого он может влиять на течение того либо другого руках знающего доктора приносит гигантскую пользу людям. Неведение фармацевтических средств, неумение воспользоваться ими, низкие морально-этические требования к для себя могут привести к неисправимым последствиям для хворого человека.

Часто перед доктором стоит непростая задачка — избрать из огромного арсенала фармацевтических средств не только лишь самое действенное, да и менее ядовитое, также уменьшить риск возникновения побочного деяния. Это в значимой мере обосновано тем, что при разных критериях одно и то же вещество может оказаться лекарством либо ядом. Так, стрихнин, морфин, фосфакол и остальные ядовитые и сильнодействующие фармацевтические вещества в сравнимо маленьких, так именуемых терапевтических дозах оказывают целебный эффект. С повышением доз этих ЛС выше допустимых они могут проявлять токсическое действие, часто приводящее к томным последствиям. Время от времени обыденные дозы ЛС заместо хотимого деяния могут оказать отрицательное воздействие на организм, что связывают с персональной чувствительностью нездоровых к этому ЛС. Отсюда вытекает необходимость познания особенностей фармакодинамики и фармакокинетики фармацевтических средств в ежедневной деятель провизора.

Перечень использованных источников

1. ://internet-apteka.su/dt8/doc/mehanizm-deystviya-farmakodinamika-

lekarstvennyh-sredstv

2. журнальчик Биофайл.ру.

3. Био мембраны, под ред. Д.С. Парсонса, пер. с англ., М., 1978

4. Болдырев А.А. Введение в биохимию мембран, М., 1986, библиогр.

5. Конев С.В. и Мажуль В.М. Межклеточные контакты. Минск, 1977

6. Кульберг А.Я. нервные импульсы По месту расположения и по выполняемым функциям выделяют экстерорецепторы интерорецепторы и пропри клеточных мембран, М., 1987, библиогр.

7. Маленков А.Г. и Чуич Г.А. Межклеточные контакты и реакции ткани , М., 1979

8. Сим Э. Биохимия мембран, пер. с англ., М., 1985, библиогр.

9. Финеан Дж., Колмэн Р. и Митчелл Р. Мембраны и их функции в клеточке, пер. с англ., М., 1977, библиогр.


]]>