Отчет о научно-исследовательской работе по Государственному контракту от «07» июля 2009 г. №02. 740. 11. 0270 по теме: «Разработка методик и создание биохимических коллоидных систем для ветеринарно-биологических и зоотехнических направлений»
Скачать 2.98 Mb.
|
| [62]. К пассивному транспорту относятся диффузия, осмос и фильтрация. Движущей силой диффузии микрочастиц растворенного вещества является их концентрационный градиент. При осмосе, представляющем собой разновидность диффузионного переноса, происходит перемещение в соответствии с концентрационным градиентом молекул растворителя (воды). Процесс фильтрации заключается в переносе раствора через пористую мембрану под действием гидростатического давления. Трансклеточный путь подразумевает пересечение пассивным образом (без затраты энергии) мембраны щеточной каймы энтероцита [63]. Механизмы, контролирующие скорости и пути всасывания небольших соединений, все еще остаются неясными. Так, например, эффективная кишечная проницаемость для воды и мочевины в несколько раз выше, чем можно предсказать, исходя из их физико-химических свойств. У человека всасывание мочевины и креатинина (в отличие от других молекул с мол. массой 60-4000 кД) при переносе с потоком увеличивается, а у крысы не изменяется. На тонкой кишке кошки было показано, что существует значительный эффект всасывания воды на поглощение маннита через поры. До сих пор не ясно: перенос с потоком реализуется через клетки или через межклеточные контакты [104, 105]. Особое значение вопросы проницаемости для воды и изменения направления потоков воды в кишечнике приобретают в связи с разработкой в клинике оральных регидратирующих растворов. Клиническая эффективность комплексных углеводных растворов такого рода определяется, в основном, их гипотоничностью. Главным условием успешности оральной регидратационной терапии в таких случаях является сохранение нормального функционирования механизмов сопряженного транспорта натрия и нутриентов. Была обнаружена способность организма млекопитающих абсорбировать довольно крупные частицы крахмала и других веществ органического и неорганического происхождения. Этот феномен получил название «персорбция». Позднее было установлено, что подобные соединения всасываются по межклеточным пространствам и физиологического значения, по-видимому, не имеют, поскольку подобным образом во внутреннюю среду организма поступает ничтожно малое количество веществ. Тем не менее, значение персорбции в условиях повышенной проницаемости кишечного защитного барьера еще не выяснено. Не исключено, что персорбция имеет значение в патогенезе пищевой аллергии [106, 107]. Специфические межклеточные взаимодействия в основном обеспечивают плотные контакты (tight junction), десмосомы, щелевые контакты (gap junction) и плазмодесмосомы. Установлено, что через плотные контакты перемещение веществ по межклеточным пространствам от одной стороны клеточного слоя к другой невозможно. От десмосом зависит явление адгезии клеток. Щелевые контакты допускают сравнительно свободное перемещение ионов и небольших молекул между соседними клетками [108]. Плотные контакты образуют барьер для параклеточной диффузии гидрофильных растворенных веществ. Проницаемость плотных контактов зависит от всасывания различных нутриентов, их молекулярной структуры и взаимодействия с цитоскелетом клеток или определяется ими [109]. В количественном отношении котранспорт Na+/глюкозы является наиболее мощным и специфичным механизмом всасывания в тонком кишечнике. Сопряженные с натрием транспортные процессы чрезвычайно широко распространены в природе — субклеточные органеллы (ядра и митохондрии), одиночные клетки (лейкоциты, бактерии, эритроциты, фи-бробласты и др.), неэпителиальные ткани (бурый жир, кость, хрящ, мозг, печень, поперечно-полосатые мышцы, надпочечники и др.) и эпителиальные ткани (кожа, ЖКТ, почки и др.). С теоретической и практической точек зрения, наибольший интерес представляют процессы Nа+-зависимого всасывания различных питательных веществ (нутриентов) в тонком кишечнике. Разработка вопросов лечебного питания, создание идеального и синтетического рационов также невозможны без понимания механизмов активного всасывания нутриентов, протекающего Nа+-зависимым образом [102]. Долгое время (до 1991 г.) считалось, что существуют только две основные модели (или теории) сопряженного котранспортера: модель мобильного переносчика и модель общего канала. Основной принцип – для переноса моносахаридов и аминокислот существуют две различные категории котранспортеров, способных, однако, конкурировать в борьбе за энергетические источники клетки. Эти модели в определенной степени противоречат друг другу. [63.]. Известно, что при переваривании углеводов в кишечнике млекопитающих образуются, в основном, глюкоза, фруктоза и галактоза, способные всасываться. Их всасывание через щеточную кайму и базолатеральную кайму энтероцитов опосредовано как Nа+-зависимыми, так и Nа+-независимыми мембранными белками. Транспорт глюкозы и галактозы через мембрану щеточной каймы осуществляет Nа+/глюкозный (галактозный) котранспортер (SGLT1), пассивный транспорт фруктозы — унипортер (GLUT5). Пассивный выход всех трех Сахаров из клеток через базолатеральную мембрану обеспечивают два унипортера (GLUT2 и GLUT5). Мутации по SGLT1 вызывают значительную недостаточность всасывания глюкозы и галактозы (глюкозно-галактозная малабсорбция), а мутации по GLUT2, по-видимому, существенным образом на абсорбцию указанных двух Сахаров не влияют. Исследования, проведенные на мышах, дефектных по GLUT1, и на больных с синдромом Фанкони-Бикеля, наводят на мысль о существовании входного пути для глюкозы и галактозы за счет какого-то альтернативного механизма. Аномалии всасывания фруктозы до сих пор не выявлены [110]. Дисахариды, также как и моносахариды (глюкоза, галактоза), абсорбируются, по-видимому, активным Nа+-зависимым образом. Для объяснения механизма гидролазно-зависимого транспорта дисахаридов предложена модель ферментативно-транспортного ансамбля. Однако не ясным остается соотношение между ферментативно-транспортным ансамблем и сопряженным котранспортером для моносахарида глюкозы. Ион-зависимый транспорт водорастворимых веществ в живых организмах имеет большое распространение. Из всех ионов как кофактор сопряженного транспорта наибольшее значение имеет натрий. Натрий-зависимым образом транспортируются многие нутриенты — большой класс разнородных веществ, поступающих в живые организмы из внешней среды, в частности глюкоза [64, 65, 95, 111, 112]. Имеющиеся на сегодня данные указывают на существование широко распространенной сети транспортных процессов, в которых накопление того или иного вещества в клетке зависит от присутствия натрия в окружающей среде. Так, для аккумуляции аминокислот многими тканями оказывается необходимо наличие натрия в среде, причем ионы натрия нужны для того, чтобы аминокислоты накапливались против градиента концентрации. Аминокислоты могут накапливаться в различных тканях. В противоположность этому только ткани эпителия оказываются способными активно накапливать глюкозу и другие моносахариды. Абсорбция широкого ряда водорастворимых органических веществ в тонкой кишке зависит и сопряжена с абсорбцией натрия. Список таких веществ включает D-гексозы, L-аминокислоты, ди- и триглицериды, некоторые витамины, соли желчных кислот и ряд других веществ. Na+-зависимые транспортные процессы наиболее ярко и полно представлены в различных эпителиальных тканях. Из современных представлений о неразрывной связи Nа+-зависимого транспорта нутриента (например, глюкозы) и глюкозозависимого транспорта натрия следует, что столь же широко распространенными должны быть стимулирующие эффекты глюкозы на активный транспорт натрия. Через клетки кишечного эпителия происходит всасывание воды и нутриентов межклеточного пространства. Поверхность апикальной поверхности обычно увеличена за счет микроворсинок или щеточной каймы. Мембраны всех участков энтероцитов имеют высокую проницаемость для воды (высокая Lp). Другие эпителии (например, толстая кишка) характеризуются низкой проницаемостью для воды (низкая Lp) апикальной мембраны. Такие клетки более сплюснуты, они покрыты более редкими и более короткими микроворсинками и способны транспортировать весьма гипертоничные растворы. Характерная черта эпителиоцитов - наличие у них высокоспециализированных эффективных трансклеточных механизмов для активного транспорта ионов (в основном натрия) и некоторых нутриентов. Существуют два ясно различимых вида трансэпителиальных путей, по которым ионы или нутриенты могут пересекать эпителий, — клеточный и околоклеточный. В эпителии кишки клеточный путь подразумевает движение через основные (цилиндрические) абсорбирующие клетки. Околоклеточный путь включает движение через плотные контакты, цементирующие соседние клетки, и через регионы, где клетки десквамированы, т.е. через дефекты клеточного палисада [112, 113]. Трансклеточный перенос катионов (например, натрия) и активно переносимых нутриентов осуществляют две различные транспортные системы. В случае систем первого типа внутриклеточная электрохимическая активность перенесенного субстрата сохраняется более низкой, чем электрохимическая активность в окружающей среде, что обусловлено работой направленных наружу насосов, расположенных в мембранах, осуществляющих выделение субстрата. Работа совершается на стадии выхода субстрата из клетки, а вход субстрата в эпителиоциты — пассивен. Это классическая система Юссинга [111, 112]. В системе второго типа перенесенный субстрат накапливается внутри клетки при помощи направленной внутрь насосной системы, которая связана с входной системой, расположенной в той же мембране, через которую поступает субстрат. Клеточный транспорт завершается пассивным движением субстрата по градиенту концентрации за счет утечки в мембране, служащей для выхода субстрата. Эта система образует основу классической модели транспорта моносахаридов и аминокислот через эпителиоциты слизистой оболочки кишечника и почечных канальцев [114]. Помимо упоминавшейся выше системы транспорта натрия, чувствительной к амилориду, в щеточной кайме энтероцита локализована еще одна независимая система транспорта натрия, активируемая или стимулируемая нутриентами (например, глюкозой) [66]. Перенос неорганического фосфата через апикальную мембрану тонкой кишки за счет сопряжения с Na+ является лимитирующей стадией его всасывания и, в первую очередь, реагирует на изменения физиологических и патофизиологических факторов. Неорганический фосфат через мембрану щеточной каймы кишечника человека всасывается активным образом, с помощью специального Nа+/фосфатного котранспортера (тип ПЬ). Для этого транспортера обнаружен специфический ингибитор — фосфофлоретин. Флавоноидные глюкозиды всасываются в тонкой кишке Na+-зависимым образом с помощью транспортера SGLT1. В этом процессе принимает участие лактазная флорицин-гидролаза. Обнаружен также активный Na+-зависимый транспорт через мембрану щеточной каймы нуклеооснований (гипоксантин). Установлено, что Nа+-зависимый транспортер для нуклеозидов выявляется на мембране щеточной каймы энтероцитов по всей длине тонкой кишки эмбрионов и взрослых особей [115]. Для всасывания глутамина в энтероцитах ворсинок и крипт существует не только Na+-независимая система L, но и две Na+-зависимые системы — ASC и дополнительная, нигде до сих пор не описанная высокоспецифическая система. Вдоль ворсинок энтероцитов млекопитающих и птиц экспрессированы транспортеры креатина, осуществляющие высокоспецифическое Na+ и С1~-за-висимое поглощение креатина через апикальную мембрану. Некоторые нуклеозиды (тимидин, гуанозин) в присутствии трансмембранного градиента натрия способны транспортироваться против концентрационного градиента. С помощью Nа+-зависимого транспортера нуклеозидов C1 в кишечнике человека всасывается рибавирин. Некоторые вещества могут всасываться за счет других ионов. Так, для витамина тиамина в кишечнике человека обнаружен рН-зависимый, блокируемый амилоридом, нейтральный переносчик. Для транспорта витамина С в тонкой кишке существуют две системы: аскорбиновая кислота транспортируется с помощью специальной системы, а дегидроаскорбиновая кислота переносится, в основном, глюкозным котранспортером. Антибиотик D-циклосерин транспортируется через апикальную мембрану энтероцитов человека с помощью Nа+-независимого, рН-зависимого транспортного механизма [116, 117]. Недавно было обнаружено, что в апикальной мембране энтероцитов функционирует система котранспорта Nа+/L-карнитина, причем свойства обнаруженного транспортера близки таковым известного транспортера OCTN2. Одной из основных функциональных характеристик эпителиоцитов различных тканей является наличие в них векторной системы трансклеточного транспорта натрия, состоящего из двух компонент: пассивной и активной. Согласно современным взглядам, основанных на представлениях Юссинга, различные участки мембраны эпителиоцита неравноценны в отношении транспорта натрия. Апикальная (наружная, мукозная, люминальная) мембрана имеет высокую проницаемость для этого иона, а в противоположной базолатеральной (внутренней, серозной, перитубулярной] мембране локализован натриевый насос. Базолатеральная мембрана имеет высокую проницаемость для калия. Гистохимическими и авторадиографическими методами показано, что в клетках подавляющего большинства типов эпителиев Na+/К+-АТФ-аза локализована, главным образом, на базолатеральной мембране. В настоящее время доказана идентичность натриевого насоса и Nа+/К+-АТФ-азы. Натрий входит в эпителиоцит по градиенту электрохимического потенциала через апикальную мембрану и выводится из клетки насосом через базолатеральную мембрану за счет энергии АТФ. Натрий, попавший в клетку таким образом, не обменивается с остальным внутриклеточным натрием, образуя так называемый транспортный пул или компартмент. Размеры этого компартмента, сильно варьируют, но в среднем его объем равен 20 % от общего натрия клетки. Выход натрия через базолатеральную мембрану происходит против градиента электрохимического потенциала и сопровождается входом внутрь клетки калия. Работа натриевого насоса имеет реогенный характер, т.е. за один цикл из клетки выводится больше натрия, чем входит калия. Кроме обычной системы пассивного транспорта натрия в апикальной мембране эпителиоцитов некоторых тканей присутствует механизм сопряженного транспорта натрия и нутриентов. Этот механизм расположен в мукозной апикальной мембране, которая обладает способностью сопрягать вход в клетку натрия и нутриента. Таким образом, движение натрия по электрохимическому градиенту энергизирует движение нутриента (например, глюкозы) против градиента. Наряду с этим при появлении в мукозном растворе соответствующего нутриента возникает дополнительный поток натрия. Этот дополнительный натрий выводится из клетки также активным образом при помощи уабаин-чувствительной системы активного транспорта первого типа — Nа+/К+-АТФ-азы. Роль этой системы двойная: удаляя из клетки натрий, поступающий вместе с нутриентом в стехиометрии 1:1 или 2:1, она поддерживает на низком уровне внутриклеточную концентрацию натрия, создавая тем самым «химическую» движущую силу для входа нутриента. Кроме того, было высказано предположение, что деполяризация апикальной мембраны при увеличении входа натрия приводит к деполяризации базолатеральной мембраны (за счет низкого сопротивления межклеточного контакта). Это вызывает стимуляцию Nа+/К+-АТФ-азы и увеличение разности потенциалов на этой мембране, которое, в свою очередь, передается на апикальную мембрану, восстанавливая разность потенциалов на ней до исходного уровня. По мнению Метельского С.Т. мгновенное выключение Na+/К+-АТФ-азы с одновременным добавлением 10 мМ глюкозы в мукозный раствор в течение ~1 мин ведет к полной деполяризации апикальной мембраны. Электротонические изменения мембранного потенциала распространяются по поверхности клетки на несколько порядков быстрее, чем локальные изменения концентраций в цитоплазме за счет диффузии. Поэтому за минимальные изменения мембранного потенциала ответственны именно электротонические потенциалы.. Согласно его мнению, «система ускоряет работу, чтобы максимизировать трансэпителиальное движение натрия и нутриента» [66]. Однако это не совсем так. Если предположить, что спонтанный транспорт натрия в клетку почему-либо уменьшился, то можно прийти к выводу о гиперполяризации апикальной и базолатеральной мембран и соответствующем замедлении скорости функционирования Nа+/К+-АТФ-азы. Поэтому в случае эпитециоцитов тонкой кишки Na+/К+-АТФ-аза обладает свойствами природного молекулярного фиксатора мембранного потенциала. В итоге наличие в эпителиальных клетках Nа+-зависимого транспорта нутриентов приводит к следующему: абсорбции натрия из полости кишки, абсорбции широкого ряда водорастворимых органических веществ за счет энергии насоса, ответственного за удаление натрия из клеток через базолатеральную мембрану, генерации на эпителиальном пласте разности потенциалов в несколько мВ (мукозная сторона заряжена отрицательно по отношению к серозной оболочке). Литература по вопросам ионного транспорта через апикальную мембрану щеточной каймы обильна и иногда в какой-то мере противоречива. Примечательно, что все многообразие транспортных явлений, наблюдавшихся в различных условиях и различных препаратах, можно описать, предположив существование в мембране щеточной каймы всего трех транспортных механизмов (для ионов). Два из этих механизмов — электронейтральны: сопряженный транспорт от серозы к мукозе (секреция) и эквивалентный обмен мукозного хлорида на серозный бикарбонат. Третий механизм — электрогенный активный транспорт натрия в направлении от мукозы к серозе аналогичен таковому, обнаруженному в плотных эпителиях [72.]. Но для объяснения механизма транспортировки натрия через эпителий кишки достаточно трех других механизмов: активной абсорбции натрия, прямо не связанной с движением других, водорастворимых веществ; абсорбции натрия, сопряженной с абсорбцией широкого круга неэлектролитов; электронейтральной абсорбции NaCl, обусловленной двумя электронейтральными процессами в мембране щеточной каймы — обменом хлорида на бикарбонат и обменом натрия на протон. Твердо установлено, что пассивный транспорт натрия в эпителиоциты плотных эпителиев обусловлен функционированием в их апикальной мембране ионных каналов, по основным характеристикам похожих, по-видимому, на натриевые каналы возбудимых мембран [67, 92]. В тонком кишечнике вода всасывается даже при отсутствии каких-либо внешних движущих сил. Было установлено, что такое всасывание воды является вторичным по отношению к активному транспорту натрия и глюкозы. В верхних отделах кишечника всасывание натрия и воды сильно зависит от присутствия глюкозы. Натрий, вошедший в клетки вместе с глюкозой через мембрану щеточной каймы (транспортер SGLT1), выкачивается в кровь через базолатеральную мембрану 3Na+/2K+-нacocoм, а глюкоза через базолатераль-ную мембрану транспортируется в кровь за счет облегченной диффузии. В итоге через эпителиальный пласт проходят и глюкоза, и натрий [118, 119]. Механизм сопряжения между натрием, глюкозой и водой исследован менее глубоко. Считается, что локальное осмотическое давление в латеральных межклеточных пространствах возрастает за счет транспорта в него натрия. Вода из просвета кишки стремится выровнять возникший между просветом и межклеточным пространством градиент осмотического давления, при этом возникает поток воды через эпителий в направлении просвет - кровь. Однако в последнее время накоплено значительное количество фактов о более прямом сопряжении между транспортом натрия, глюкозы и воды: вода котранспортируется через транспортер SGLT1 вместе с натрием и глюкозой [119]. Эксперименты, выполненные многими учеными показали, что энергозависимая стадия транспорта сахаров находится на уровне мембраны щеточной каймы. Сахара вначале накапливаются активным образом в энтероците, а затем по концентрационному градиенту выходят в подэпителиальные ткани и сосуды. Движение сахаров в клетки подразумевает существование сопряженного с натрием вторичного активного транспортного механизма [95, 120]. Против градиента концентрации транспортируются D-изомеры глюкозы и галактозы, а также ряд производных D-глюкозы, 3-О-метилглюкоза, 6-дезокси-D-глюкоза, З-дезокси-D-глюкоза, 1-дезокси-D-глюкоза, б-тио-D-глюкоза, α и β-метилглюкозиды. С помощью Nа+-глюкозного котранспортера в тонкой кишке могут транспортироваться и некоторые другие вещества, например тиогликозиды [95]. В апикальной мембране тонкой кишки цыплят обнаружен электрогенный, концентрационно- и Nа+-зависимый транспортный механизм для маннозы, отличающийся от глюкозного транспортера SGLT1. В то же время такие сахара, как маннит, D-арабиноза, L-рамноза, L-манноза, L-фруктоза активно не транспортируются. Существование отдельной пассивной трансклеточной системы для фруктозы было подтверждено в опытах с изолированной мембраной щеточной каймы энтероцитов крыс и в опытах in vivo. Хотя и считается, что поток нутриентов из клетки через базолатеральную мембрану направлен по градиенту из области, где его концентрация высока, в область с низкой концентрацией и поэтому метаболическая энергия на этом этапе не требуется. Выход нутриента из клеток по механизму простой диффузии представляется крайне маловероятным [95, 121]. Транспорт большинства нутриентов в энтероциты является активным процессом, поэтому для его функционирования необходимо присутствие кислорода и свободной метаболической энергии. В анаэробных условиях транспорт нутриентов против градиента концентрации тормозится и по своей эффективности приближается к диффузии [80, 95]. Торможение транспорта нутриентов наблюдается также после добавления в инкубационную среду ингибиторов тканевого дыхания, таких как 2,4-динитрофенол, азид натрия и др. В частности, динитрофенол тормозит процесс поглощения аминокислот и сахаров энтероцитами и не влияет на их выход в инкубационный раствор. Сходным тормозящим влиянием на всасывание неэлектролитов обладают фтористый натрий и цианид [95, 122]. Энергия, необходимая для установления высокого концентрационного градиента сахара через апикальную мембрану, берется из потока натрия через эту мембрану по градиенту химического потенциала. В последней модификации гипотезы натриевого градиента движущей силой транспорта является градиент химического потенциала натрия. Однако постепенно стали накапливаться данные, свидетельствующие о недостаточности энергии, запасенной в химическом градиенте натрия для активного транспорта нутриентов, в связи с чем было предположено существование дополнительного механизма энергизации этого процесса. В результате длительных поисков такого дополнительного механизма энергизации было установлено, что им является разность потенциалов, существующая на апикальной мембране [123, 124]. |
Похожие:
 | Список основных исполнителей по Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных... |  | Список основных исполнителей по Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных... |
| Список основных исполнителей по Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 Государственному контракту 14. 740. 11. 1258 от 17 июня 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных... | | Отчет о научно-исследовательской работе, выполняемой по государственному... «Разработка алгоритмов для биоинформационного анализа комплексных метаболических и молекулярно-генетических сетей» |
| Отчет о научно-исследовательской работе контракт №21/10 от «09» октября... Целью работы является исследование теоретических и практических особенностей существующих систем ротации в правоохранительных органах,... | | Отчет о научно-исследовательской работе по государственному контракту... Русский язык и культура речи: учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения / сост. И. А. Крым; Кузбасский институт... |
| Отчет по государственному контракту от 04. 06. 2012 №1102-01-41/06-12... ... | | Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка научно... «Институт законодательства и сравнительного правоведения при Правительстве Российской Федерации» (ИЗиСП) |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Эффективность использования... Отчет по теме № са-12-39 «Эффективность использования отраслевых информационных систем» Минкультуры России | | Отчет о выполненной работе по Государственному контракту №12. 741.... Целью проведения работы является эффективное освоение молодыми исследователями и преподавателями лучших научных и методических отечественных... |
| Отчет №3 о научно-исследовательской работе по теме: «Грид-технологии» Разработка методов эффективного решения задач обработки, хранения, передачи и защиты информации | | Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской... |
| Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005... | | Отчет о научно-исследовательской работе на тему: «Разработка модифицированных... «Разработка модифицированных методов выделения гуминовых веществ для получения биологических препаратов на основе вермикомпоста» |
| Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,... | | Отчет по Государственному контракту № «Разработка концепции создания интеллектуальной транспортной системы на автомобильных дорогах федерального значения» |
