Методи за изследване проницаемостта на клетъчните мембрани

  •  

    ПРОНИЦАЕМОСТ НА КЛЕТКИТЕ

     

    Способността на клетките да пропускат водата и разтворените в нея вещества се нарича проницамост. Тя не е еднаква за различните клетки и вещества.

    Проблемът за проницаемостта има голямо значение при изучаване обмяната на веществата между клетъчните и тъканните течности, водната и минералната обмяна, биоелектричните потенциали и др. Проницаемостта представлява много голям интерес също и за токсикологията, фармакологията и химичната растителна защита.

    Проницаемостта на клетките се изследва главно по четири метода: обемни, с оцветители, химични и с белязани атоми.

    1.     Обемни (плазмометрични, хемолитични) методи. Клетките се поставят в хипертонични разтвори с различни концентрации на изследваното вещество и се отчитат свиването и възстановяването на първоначалния обем на клетката в зависимост от концентрацията. При работа с еритроцити се наблюдава тяхното набъбване (сферулация) в хипотонични разтвори до хемолиза. Тези методи имат недостатъка, че не може да се използват за всички видове клетки, а само за някои водорасли, еритроцити и др.

    2.     Метод с оцветители. Неговата приложимост също е ограничена поради трудността да се наблюдават малки количества цветни вещества, внасяни в клетките, и токсичността им, ако концентрациите им са по-големи. Оцветяването на клетката зависи не само от проникването на оцветителите в нея, но и от химичното им свързване с белтъчините и нуклеиновите киселини.

    3.     Химични методи. Те се основават на анализа на състава на вътрешноклетъчното съдържание и те са пригодни особено за големи растителни клетки Nitella, Valonia, Hallcytis и др.

    4.     Метод на белязаните атоми. Чрез него може да се изследва проницаемостта на мембраните във всеки жив обект, без да се нарушава естественото им състояние. Този метод позволява да се изучи проницаемостта не само на молекули на чужди вещества, но и за биологични съединения. При него може да се използват както радиоактивни, така и стабилни изотопи. Благодарение на тях е била установена проницаемостта на клетъчните мембрани за такива основни вещества, като калиевире и натриевите йони, глюкозата, аминокиселините и др.

     

     

     

     

    ОСНОВНИ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НА ПРОНИКВАНЕТО НА ВЕЩЕСТВА В КЛЕТКАТА

     

    Всички вещества в молекулно или йонно състояние проникват в клетките или ги напускат чрез процеса несвободна дифузия. Съгласно закона на Фик скоростта на дифузията, т. е. количеството вещество dm, преминало за време dtе право пропорционална на градиента на концентрацията dc , на площта S, през която се извършва дифузията:

            dt

     

    dm= - DSdc

    dtdz

     

    Скоростта, с която проникват веществата в клетката, се определя по аналогичен закон, предложен от Колендет и Берлунд:

     

    dm= - kS (c – c0),

    dt

     

    където c – c0е разликата между концентрациите на веществото вън от клетката и в нея, а kкоефициент на проницаемост. Разликата c – c0зависи, от една страна, от интензивността на обменните процеси, а от друга – от условията в околната среда.

    Посоката на проникване на различните вещества в клетката не е постоянна. Тя се изменя в зависимост от процесите на биосинтеза и разпадане на веществата в клетката.

     

    МЕХАНИЗМИ ЗА ПРОНИКВАНЕ НА ВЕЩЕСТВА В КЛЕТКИТЕ

     

    Веществата могат да проникват в клетките по два основни начина. Първият начин е през микроскопичните пори, които пронизват мембраната и съединяват цитоплазмата с външната среда. Другият начин е чрез разтваряне на липидите. Първият начин на проникване в свойствен за молекулите на водоразтворимите вещества и за йоните, а другият – за водонеразтворимите органични съединения.

    Зависимостта между проницаемостта на веществата и тяхната разтворимост в липидите е установена от Овертон като емпирично правило: проницаемостта на клетките за органичните молекули намалява, когато количеството на хидроксилните, карбоксилните или аминогрупите нараства, т. е. при увеличаване количеството на т. нар. Полярни радикали. При наличие на неполярни радикали, т. е. метилови, етилови или фенилни групи, проницаемостта се увеличава.