<<
>>

ТРАНСПОРТ ВОДЫ

Завершая анализ механизмов проницаемости клеток для различных лекарственных средств необходимо указать на чрезвычайно важную роль воды в осуществлении этих процессов. Имеется в виду ее растворяющая способность (раздел 2.1.1), а также поддержание постоянного объема клеток.

Вода проникает через мембрану почти в 50 раз быстрее, чем этого можно было бы ожидать, исходя из количества образуемых ее молекулами водородных связей. Возможно, однако, что структура воды несколько отличается от структуры большинства других растворов, поскольку ее концентрация в растворе исключительно высока (приблизительно 55 М).

Следовательно, вероятность взаимодействий между молекулами воды, приводящих к образованию димеров или других ассоциатов, много выше, чем этого можно было бы ожидать от растворов более низкой концентрации.

Однако быстрое проникновение воды через мембрану всегда служит веским доказательством в пользу существования в мембране пор.

Разумно предположить, что поток воды, вызванный в пористой мембране действием осмотических сил, аналогичен тому, который бы возник при приложении гидростатического давления к столбу воды, заполняющему пору. Рассмотрим мембрану, которая отделяет чистый растворитель от раствора, содержащего молекулы растворенного вещества. Стенки поры будут предохранять движущиеся через нее молекулы воды от бомбардировки молекулами растворенного вещества, что создает осмотическое давление. Следовательно, молекулы воды в поре, расположенные ближе к той стороне мембраны, которая контактирует с раствором, будут находиться под меньшим гидростатическим давлением, чем молекулы, расположенные, ближе к той стороне, которая обращена к чистому растворителю. Движение молекул чистого растворителя полностью передается молекулам, находящимся внутри поры, что и приводит к установлению разности гидростатического давления (разность эта обусловлена различиями в концентрации воды, каждой из которых соответствует определенная величина гидростатического давления). Таким образом, данная модель позволяет объяснить тот факт, что поток воды, обусловленный, действием осмотических сил, приблизительно в 2,4 раза больше диффузионного потока; эти данные позволяют также вычислить эффективный диаметр поры, который оказался равным 0,35 нм.

Сопоставляя скорости проникновения через мембрану различных молекул растворимых веществ по сравнению с водой, можно выяснить, в какой мере эти величины согласуются с определенным выше диаметром поры. (Для этого необходимо рассчитать тот диаметр поры, который позволяет удовлетворительно объяснить наблюдаемую в эксперименте скорость движения молекул через мембрану). При проведении такого сравнения оказалось, что размер поры завышен. Хотя результаты дают большой разброс, вероятнее всего, что средний диаметр пор составляет от 0,2 до 0,3 нм (подавляющее большинство данных указывает на диаметр, равный 0,28 нм). Таким образом, для того, чтобы удовлетворительно объяснить наблюдаемый мереное веществ через мембрану, необходимо предположить существование в ней пор с различными диаметрами. Вместе с тем есть все основания считать, что небольшие молекулы могут приходить и через большие поры.

Не исключена возможность, что в мембранах клетки не существует стабильных пор, а они могут быть короткоживущими. Оми могут возникать, например, вследствие действия на мембрану тепловых флуктуаций. Поскольку взаимодействие молекул поды между собой сильнее их взаимодействие с липидными молекулами, они переносятся через мембрану не поодиночке, а целыми порциями; проникая через липидную решетку, эти порции как бы создают в ней короткоживущие поры (раздел 6.3.1).

Ото означает, что внутри липидной решетки все время образуются и исчезают ячейки, т. е. происходит процесс, обеспечиваю- іций перемещение через нее водных агрегатов. Такой механизм может быть назван «капельным» переносом [72].

В последнее время проникновение через бислойный слой мембраны мелких полярных веществ и особенно воды связывают с образованием между жирнокислотными хвостами фосфолипидных молекул при их тепловом движении небольших свободных полостей-кинков (kink — петля), образованных гош-транс- .•ош-конфигурациями липидов. Вследствие теплового движения кипки могут перемещаться поперек мембраны и переносить попавшие в них молекулы воды.

Проницаемость ионных каналов для молекулы воды составляет около 1 % от общей суммы. Высокая проницаемость плазматической мембраны эритроцитов, почечного эпителия, некоторых клеток глии связана с наличием специфических белков аквапо- рнпов [52]. Они представляют собой распространенное семейство канальных белков с избирательной проницаемостью для йоды, а в некоторых случаях для таких небольших молекул как мочевина и глицерол.

6.3.5. ЦИТОЗ

Наряду с диффузией и транспортом веществ и ионов, осуществляемым переносчиками, в клетке существует особый механизм — цитоз. Он предназначен для поглощения клеткой и выведения из нее больших молекул с помощью изменения формы мембран. По механизму цитоза клетка может поглощать высокомолекулярные вещества типа белков, целые бактерии, а также выделять в среду ферменты, гликопротеины и продукты метаболизма.

Если размер поглощаемых веществ более 1 мкм, то такой процесс называют фагоцитозом. Поглощение более мелких веществ называется пиноцитозом.

В организме с помощью фагоцитоза лейкоцитами и макрофагами поглощаются бактерии и твердые частицы, а с помощью пиноцитоза происходит поглощение макромолекул в пищеварительном эпителии, систем эндотелия, полиморфоядерных лейкоцитов. На первой стадии цитоза вещества или частицы абсорбируются поверхностью мембраны. Этот процесс происходит без затрат энергии. Следует отметить, что уже на этой стадии вещество не возможно отделить от мембраны промыванием клетки. На следующей стадии мембрана с веществом углубляется в цитоплазму. Образовавшиеся при этом локальные впячивания плазматической мембраны отшнуровываются от поверхности клетки, образуя пузырьки, которые затем могут проникать в глубь клетки. Так как этот процесс ипгибируется цитохалази- ном, он связан с системой микрофиламентов и является энерго- зависимым. Поступившие в клетку пузырьки могут сливаться с лизосомами, образуя фаголизосомы, в которых гидролитические ферменты лизосом расщепляют плазматическую мембрану. До сих пор не ясно, почему гидролитические ферменты, содержащиеся в лизосомах, не оказывают своего разрушительного действия на собственные мембраны [40, 52].

Большинство секретирующих клеток осуществляет выделение макромолекул в межклеточное пространство по механизму -ік.чоцитоза, который также является энергозависимым. Он ингибируется цитохалазином, что подтверждает его связь с микро- филаментами, и в то же время чувствителен к действию колхицина и, следовательно, связан с микротрубочками. Выделение содержимого секреторных гранул регулируется сложным механизмом, обеспечивающим сопряжение между возбуждением клеток и секрецией вновь синтезированных в ней белков, благодаря повышению внутриклеточной концентрации ионов кальция. Так, например, выделение ацетилхолина из синаптических пузырьков в нервных окончаниях происходит в результате поступления Са2+ из внешней среды по специфическим Са2+-кана- лам, которые открываются при деполяризации мембраны.

Рассмотренные кинетические процессы передвижения лекарственных средств относятся к обобщенной и изолированной от других структур клетке.

Однако все органы и ткани образованы огромным числом клеток. Поэтому существует не только внутриклеточное, но и межклеточное распределение (перераспределение) веществ. Последнее подразумевает перенос соединений из клетки в клетку. В настоящее время этот вопрос, скорее всего, можно отнести к теоретическим, исходя из его сложности. Тем не менее, в будущем, на основании экспериментальных данных, возможны весьма полезные выводы и для практики.

В классической биохимии известно много случаев, когда одна клетка (например, клетки задней доли гипофиза) выделяет биологически активные вещества (гормон), а другая (клетка семенников) поглощает его. В этом случае такой процесс можно рассматривать как один из случаев активного транспорта высокомолекулярного соединения через плазматическую мембрану. Однако здесь мы имеем дело с переносом веществ на ••большие» расстояния и каждая клетка рассматривается как независимая единица. Клетки при этом непосредственно не сообщаются друг с другом; одни из них выделяют определенные вещества в среду, другие поглощают их. Несомненно, в тканях имеет место активный транспорт веществ непосредственно из клетки в клетку. В исследованиях, проведенных на культуре тканей, перенос веществ между клетками, образующими большие скопления, может происходить с очень большой скоростью. Этот факт уже давно привел к предположению, что в определенных участках контактирующих клеток какой-либо барьер вообще отсутствует [72].

Действительно, если две плазматические мембраны тесно соприкасаются между собой, то в некоторых местах их поры могут совместиться так, что небольшие молекулы получают возможность переходить из одной клетки в другую путем диффузии. Эти предположения имеют свое подтверждение данными электронной микроскопии. Изучение электронных микрофотографий показывает также наличие выступов в плазматических мембранах, которые проникают через наружные покровы соседней клетки, что обеспечивает непосредственный контакт их плазматических мембран. Такое слияние мембран может приводить к образованию свободных проходов, соединяющих клетки, которые в этих условиях будут вести себя так, если бы они были единым целым.

Когда мембраны тесно прилегают друг к другу, они могут превращаться в двойную мембрану. Проницаемость такой двойной мембраны примерно такая же, как и одиночной, поскольку переход растворенных веществ не сопровождается выходом в водную среду, разделяющую клетки и новым поступлением в липидную фазу второй клетки. Совершенно очевидно, что барьер, создаваемый двойной мембраной для всех веществ, кроме воды, должен быть таким же, как и одиночной.

В то же время, если смежные клетки не образуют контакты, то возникает вопрос о существовании конкуренции между ними за вещество, которое однонаправленно транспортируется из окружающей среды. Очевидно, в норме этого не происходит, так как не наблюдается беспорядочного роста клеток, который может происходить в этом случае.

Следовательно, в местах контактов между клетками происходит такая реорганизация плазматической мембраны, которая обеспечивает упорядоченный транспорт веществ между клетками.

Приведенное выше обсуждение с достаточной убедительностью показывает, что свойства отдельных клеток не могут быть положены в основу весьма сложных межклеточных взаимоотношений. Однако наблюдаемые при контакте новые явления должны представлять собой лишь видоизменения тех основных свойств, которые характерны и для отдельно взятых клеток.

Заключая анализ кинетики транспорта лекарств в клетке необходимо отметить, что общее их количество в организме взрослого человека оценивается приблизительно в 100 триллионов. Очевидно, рассматривая организм как некоторый уровень организации клеток, мы не в состоянии не только описать процесс распределения лекарства по такой системе, но даже мысленно представить его. Поэтому в фармакокинетике принято выделять в качестве единиц системы камер. Это название условно, так как за ним не скрывается какого-либо анатомического смысла. Тем не менее, даже в таких излишне формализованных системах учтены фундаментальные основы взаимодействия клетки и лекарства (Глава 10).

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме ТРАНСПОРТ ВОДЫ:

  1. Вождение транспорта при аритмиях
  2. активный транспорт
  3. НЕСЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ НА ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ (V90-V94)
  4. ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ
  5. 11.4. Повреждения рельсовым транспортом, нетипичные для железнодорожной травмы
  6. МЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ КЛЕТКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КИНЕТИКУ ТРАНСЦЕЛЛЮЛЯРНОГО ТРАНСПОРТА
  7. ОЧИСТКА воды В БЫТОВЫХ УСЛОВИЯХ
  8. Пейте вдоволь воды
  9. СТРУКТУРА МЕЖКЛЕТОЧНОГО КОНТАКТА, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПАРАЦЕЛЛЮЛЯРНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ
  10. КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
  11. СТРОЕНИЕ ВОДЫ И ЕЕ СВОЙСТВА