Транспорт веществ через мембрану: диффузия, осмос, насосы, эндоцитоз

В конце 1980-х годов американский врач и биохимик П. Эгр выделял из мембран эритроцитов белок, связанный с резус-фактором. Препарат постоянно загрязнял другой белок, небольшой и очень обильный: в каждом эритроците его оказалось около двухсот тысяч молекул. Его функция была неизвестна. Эгр заметил, что этого белка особенно много в клетках, через которые быстро проходит вода, — в эритроцитах и в почечных канальцах, — и предположил, что он и есть давно искомый водный канал. Проверка, проведённая в 1992 году, была изящной. Яйцеклетки шпорцевой лягушки почти непроницаемы для воды: в разбавленном растворе они почти не набухают. В них ввели мРНК неизвестного белка, подождали, пока он появится в мембране, и перенесли яйцеклетки в разбавленный раствор. За несколько минут они набухли и лопнули, а обычные яйцеклетки в той же воде не изменились [1]. Так открыли аквапорины. В 2003 году Эгр получил Нобелевскую премию по химии — вместе с Р. Маккинноном, который впервые увидел строение ионного канала.

Эта история показывает главное свойство мембраны: она не просто пропускает или не пропускает вещества, а выбирает, что, когда и сколько пропустить. Статья продолжает серию о строении клетки. В предыдущей, «Плазматическая мембрана», разобрано, из чего мембрана состоит; здесь — как через неё проходят вещества: диффузией и осмосом, через каналы и переносчики, насосами за счёт энергии АТФ и в мембранных пузырьках.

• 1. Зачем клетке транспорт
• 2. Простая диффузия
• 3. Осмос и полупроницаемость
• 4. Облегчённая диффузия: каналы и переносчики
• 5. Активный транспорт
• 6. Натрий-калиевый насос
• 7. Вторичный активный транспорт
• 8. Эндоцитоз: поглощение в пузырьках
• 9. Экзоцитоз: выведение в пузырьках
• 10. Транспорт у растений и грибов
• 11. Транспорт у бактерий
• 12. Когда транспорт нарушен
• 13. Лекарства и яды, действующие на транспорт
• 14. Как клетка поддерживает свой объём
• 15. Сравнение способов транспорта
• 16. Частые ошибки
• 17. Интересные факты
• 18. Частые вопросы
• 19. ЕГЭ
• 20. Для олимпиад
• 21. Задания с разбором
• Литература

1. Зачем клетке транспорт

Клетка — открытая система: она постоянно получает из среды питательные вещества, кислород, воду и ионы и выводит углекислый газ, продукты обмена, а у многих клеток — ещё и секреты. При этом состав её цитоплазмы резко отличается от состава окружающей жидкости и поддерживается таким всю жизнь клетки. Лучше всего это видно по ионам [2].

Если бы мембрана пропускала ионы свободно, эти различия исчезли бы за минуты. Если бы она не пропускала их совсем, клетка не могла бы ни регулировать свой объём, ни проводить нервные импульсы, ни сокращать мышцы, ни выделять секреты. Различия в концентрациях — не случайность, а запас энергии и источник сигналов. Чтобы его создавать и использовать, клетка располагает целым набором способов транспорта.

Все способы транспорта делят на две большие группы. Пассивный транспорт идёт самопроизвольно, по градиенту концентрации (или, для ионов, по электрохимическому градиенту), без затраты энергии клетки. К нему относятся простая диффузия, облегчённая диффузия через каналы и с помощью переносчиков, а также осмос. Активный транспорт идёт против градиента и требует энергии: первичный — прямо за счёт АТФ (или света), вторичный — за счёт градиента другого вещества, созданного первичным транспортом. Отдельно рассматривают перенос крупных частиц и больших количеств вещества в мембранных пузырьках — эндоцитоз и экзоцитоз; он тоже требует энергии.

2. Простая диффузия

Молекулы в растворе находятся в постоянном тепловом движении и хаотически перемещаются. Если в одной части раствора концентрация вещества выше, чем в другой, то просто по статистике из области высокой концентрации в область низкой будет переходить больше молекул, чем обратно. Концентрации постепенно выравниваются. Это и есть диффузия — перемещение вещества из области большей концентрации в область меньшей за счёт теплового движения молекул [3].

Скорость диффузии через мембрану описывает закон, установленный немецким физиологом А. Фиком в 1855 году: поток вещества пропорционален разности концентраций по обе стороны мембраны, площади мембраны и коэффициенту проницаемости, который зависит от свойств вещества и мембраны. Чем больше перепад концентраций, тем быстрее идёт диффузия; когда концентрации сравниваются, суммарный поток прекращается, хотя отдельные молекулы продолжают переходить в обе стороны.

Через липидный бислой без помощи белков проходят немногие вещества. Решающими оказываются два свойства молекулы — размер и растворимость в жирах (то самое правило Овертона).

• Легко проходят небольшие неполярные молекулы: кислород, углекислый газ, азот, а также жирорастворимые вещества — стероидные гормоны, этанол, многие лекарства и наркозные средства.
• Медленно проходят небольшие полярные незаряженные молекулы: вода, мочевина, глицерин.
• Практически не проходят крупные полярные молекулы (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) и любые ионы, даже самые маленькие, как H⁺ и Na⁺. Ион в воде окружён оболочкой из ориентированных молекул воды, и, чтобы войти в гидрофобную середину мембраны, ему пришлось бы её сбросить, а это требует огромной энергии.

Различия в проницаемости колоссальны. Коэффициенты проницаемости искусственного бислоя для воды и для ионов натрия и калия различаются примерно в миллиард раз [2]. Поэтому для ионов липидный бислой — практически непреодолимый барьер, и всё их движение через мембрану идёт через белки.

3. Осмос и полупроницаемость

Представим две жидкости, разделённые мембраной, которая пропускает воду, но не пропускает растворённое вещество, например сахарозу. Сахароза стремилась бы продиффундировать туда, где её меньше, но мембрана её не пускает. Зато вода может переходить свободно, и она переходит — из раствора с меньшей концентрацией растворённых частиц (где воды «больше») в раствор с большей концентрацией. Диффузию воды через полупроницаемую мембрану называют осмосом [2, 3].

Если раствор с большей концентрацией заключён в замкнутый объём, вода, поступая в него, повышает в нём давление. Осмос прекращается, когда это давление уравновешивает стремление воды войти. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы остановить поступление в него воды через полупроницаемую мембрану, называют осмотическим.

Закон Вант-Гоффа записывается так: π = iCRT, где π — осмотическое давление, C — молярная концентрация, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура, i — число частиц, на которое распадается одна молекула (для сахарозы 1, для NaCl около 2). Важно, что давление зависит от числа частиц, а не от их размера или химической природы. Произведение iC называют осмолярностью.

Клетка в растворах разной концентрации

Растворы, в которые помещают клетку, сравнивают с содержимым клетки.

• Изотонический раствор имеет ту же осмолярность, что и цитоплазма. Вода входит в клетку и выходит из неё с одинаковой скоростью, объём клетки не меняется. Для клеток человека изотоничен 0,9 %-й раствор хлорида натрия — физиологический раствор, который вводят при обезвоживании и на основе которого готовят растворы для капельниц.
• Гипотонический раствор менее концентрирован, чем цитоплазма. Вода входит в клетку. Животная клетка набухает и может лопнуть: эритроциты в дистиллированной воде разрушаются за несколько секунд — это называют гемолизом. Растительная клетка не лопается: её удерживает клеточная стенка, и давление содержимого на стенку — тургор — делает ткани упругими.
• Гипертонический раствор более концентрирован. Вода выходит из клетки. Эритроциты сморщиваются, а у растительной клетки протопласт отходит от стенки — происходит плазмолиз. Если перенести такую клетку в воду, протопласт снова расправляется — деплазмолиз.

Явления тургора, плазмолиза и деплазмолиза подробно разобраны в статье «Клеточная стенка, вакуоль и тургор». Здесь важно понять, почему клетка вообще должна бороться с осмосом. Внутри клетки много белков, нуклеиновых кислот, метаболитов, которые не могут выйти наружу. Из-за них в клетку постоянно стремится вода. Животные клетки решают эту проблему, откачивая из цитоплазмы ионы натрия натрий-калиевым насосом и поддерживая осмолярность цитоплазмы равной осмолярности среды. Если насос остановить (например, ядом уабаином или при нехватке кислорода и АТФ), клетка набухает и разрушается. У растений и грибов от разрыва защищает клеточная стенка, а у пресноводных протистов, у которых стенки нет, — сократительные вакуоли, которые собирают избыток воды и периодически выбрасывают его наружу [2].

Итак, полупроницаемость мембраны — это её способность хорошо пропускать воду и плохо — многие растворённые вещества. На этом основаны осмос, тургор, плазмолиз, водный обмен клеток и всего организма.

4. Облегчённая диффузия: каналы и переносчики

Глюкоза, аминокислоты, ионы и вода в нужных количествах проходят через мембрану при помощи белков. Если перенос идёт по градиенту концентрации и не требует энергии, его называют облегчённой диффузией. Направление и движущая сила те же, что и при простой диффузии, — разность концентраций (для ионов — электрохимический градиент); белок лишь открывает веществу путь через гидрофобный барьер [2]. Белки облегчённой диффузии бывают двух типов — каналы и переносчики.

Каналы

Канал — белок, образующий в мембране заполненную водой пору. Когда канал открыт, через него может пройти сразу множество ионов или молекул воды, одна за другой, — до десятков миллионов в секунду. Каналы избирательны: калиевый канал пропускает ионы калия и почти не пропускает натрий, хотя ион натрия меньше. Как это возможно, стало понятно в 1998 году, когда американский биофизик Р. Маккиннон получил структуру бактериального калиевого канала [4]. В самом узком месте поры — «фильтре избирательности» — атомы кислорода белка расположены так, что точно заменяют ион калия водную оболочку, которую он сбрасывает при входе. Ион натрия меньше, и атомы кислорода фильтра не могут к нему одновременно приблизиться: сбросить воду ему энергетически невыгодно, и он остаётся снаружи.

Большинство каналов открывается и закрывается — у них есть «ворота». Канал может открываться в ответ на изменение напряжения на мембране (потенциалзависимые натриевые и калиевые каналы нервных клеток), на связывание сигнальной молекулы (рецептор ацетилхолина в мышце), на механическое растяжение (каналы волосковых клеток уха и рецепторов прикосновения), на изменение температуры. Именно работа каналов создаёт потенциал покоя и нервные импульсы.

Особый класс каналов — аквапорины. Липидный бислой пропускает воду, но медленно; в клетках, где вода должна проходить быстро, — в почечных канальцах, эритроцитах, корнях растений, — мембраны пронизаны аквапоринами. Через один аквапорин проходит до трёх миллиардов молекул воды в секунду, причём строго по одной, цепочкой; ионы, даже протоны, через него не проходят [1]. Количество аквапоринов в мембране клеток собирательных трубочек почки регулирует гормон вазопрессин: при недостатке воды в организме он вызывает встраивание аквапоринов в мембрану, вода возвращается из мочи в кровь, и моча становится концентрированной. При мутациях в гене аквапорина почки не могут концентрировать мочу, и больной выделяет до 10–20 литров мочи в сутки.

Переносчики

Переносчик не образует сквозной поры. Он связывает молекулу с одной стороны мембраны, меняет форму и освобождает её с другой стороны. Затем возвращается в исходное положение. Переносчики работают гораздо медленнее каналов — от сотен до десятков тысяч молекул в секунду, — но зато очень избирательны и могут переносить крупные молекулы, например глюкозу и аминокислоты.

Классический пример — переносчик глюкозы эритроцитов GLUT1, последовательность которого определили в 1985 году [6]. Концентрация глюкозы в крови выше, чем внутри эритроцита, где она сразу расходуется, и глюкоза входит в клетку по градиенту. Энергии на это не тратится. В мышечных и жировых клетках работает другой переносчик, GLUT4. В покое он хранится в мембранных пузырьках внутри клетки, а под действием инсулина пузырьки сливаются с плазмалеммой, число переносчиков на поверхности растёт, и клетка поглощает глюкозу в десятки раз быстрее. Так инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови. При диабете второго типа этот механизм нарушается.

5. Активный транспорт

Пассивный транспорт может только выравнивать концентрации. Но клетка постоянно поддерживает их различия: калия внутри в 30 раз больше, чем снаружи, кальция — в 10 000 раз меньше. Значит, должны существовать белки, перекачивающие вещества против градиента, а это требует энергии. Такой перенос называют активным транспортом. По источнику энергии его делят на первичный и вторичный [2, 7].

Первичный активный транспорт использует энергию химической реакции — чаще всего гидролиза АТФ — или энергию света. Белки, которые его осуществляют, называют насосами. Главные из них:

• Натрий-калиевая АТФаза плазмалеммы животных клеток выкачивает натрий и закачивает калий (раздел 6).
• Протонная АТФаза плазмалеммы растений и грибов выкачивает из клетки протоны и создаёт градиент, за счёт которого работают другие переносчики. У растений и грибов натрий-калиевого насоса нет, его роль играет протонный.
• Кальциевые АТФазы плазмалеммы и мембраны ЭПС выкачивают кальций из цитозоля. В мышечном волокне кальциевый насос мембраны ЭПС (саркоплазматического ретикулума) возвращает кальций в цистерны после каждого сокращения — без этого мышца не могла бы расслабиться.
• Протонные АТФазы V-типа накачивают протоны в лизосомы, вакуоли растений и секреторные пузырьки и создают в них кислую среду.
• Протонно-калиевая АТФаза обкладочных клеток желудка выкачивает протоны в просвет желудка, создавая кислоту с pH около 1–2: концентрация протонов в просвете желудка в миллионы раз выше, чем в крови. Лекарства от изжоги, подавляющие этот насос, принадлежат к самым распространённым в мире.
• Переносчики ABC используют энергию АТФ для выброса из клетки разнообразных веществ. Один из них, P-гликопротеин, открытый в 1976 году [8], выкачивает из опухолевых клеток противоопухолевые лекарства, и опухоль становится нечувствительной сразу ко многим препаратам. К этому же семейству относится белок CFTR — хлоридный канал, мутации гена которого вызывают муковисцидоз [9].
• Бактериородопсин солелюбивых архей перекачивает протоны за счёт энергии света — первичный активный транспорт без АТФ.

Вторичный активный транспорт (котранспорт) использует не АТФ, а градиент другого вещества, созданный насосом. Обычно это градиент ионов натрия у животных или протонов у растений, грибов и бактерий. Ион «скатывается» по своему градиенту через белок-переносчик и тянет с собой другое вещество против его градиента. Если оба вещества переносятся в одну сторону, говорят о симпорте; если в противоположные — об антипорте (раздел 7).

6. Натрий-калиевый насос

В 1957 году датский физиолог Й. Скоу изучал ферменты нервов берегового краба и обнаружил в мембранах фермент, расщеплявший АТФ, только если в растворе одновременно присутствовали ионы натрия и калия [10]. Скоу предположил, что это и есть насос, который за несколько лет до того постулировали физиологи, изучавшие нервные волокна. Догадка подтвердилась, и в 1997 году, через сорок лет после открытия, Скоу получил Нобелевскую премию по химии.

Как доказали, что насос работает на АТФ

То, что клетка тратит энергию на перекачку ионов, стало понятно благодаря радиоактивным меткам. Первым применил их в биологии венгерский химик Д. Хевеши: в 1923 году он поливал растения конских бобов раствором с радиоактивным изотопом свинца и по излучению следил, как металл поглощается корнями и разносится по растению [11]. В 1943 году Хевеши получил за метод меченых атомов Нобелевскую премию по химии.

В 1950-е годы английские физиологи А. Ходжкин и Р. Кейнс насыщали гигантские аксоны кальмаров и каракатиц радиоактивным натрием и измеряли, сколько метки выходит из аксона в окружающую морскую воду. Натрий выходил из аксона против градиента — значит, активно. Когда в раствор добавляли яды, останавливающие синтез АТФ (цианид или динитрофенол), выход натрия почти прекращался, а после отмывания яда возобновлялся. Если убрать калий из наружного раствора, выход натрия тоже резко падал: натрий выносился только в обмен на калий [12]. В 1960 году те же исследователи с коллегами вводили прямо внутрь отравленного аксона разные богатые энергией соединения — и выход натрия восстанавливался только при введении АТФ [13]. Через три года после открытия Скоу стало окончательно ясно: насос — это фермент, расщепляющий АТФ.

Натрий-калиевая АТФаза — интегральный белок плазмалеммы. За один рабочий цикл, на который расходуется одна молекула АТФ, она выносит из клетки три иона натрия и вносит в неё два иона калия. Цикл состоит из нескольких шагов [2]:

1. Насос открыт внутрь клетки и связывает три иона Na⁺ из цитоплазмы.
2. Связывание натрия запускает расщепление АТФ: остаток фосфорной кислоты присоединяется к самому белку (фосфорилирование), а АДФ освобождается.
3. Фосфорилирование меняет форму белка: он закрывается изнутри и открывается наружу, при этом сродство к натрию падает, и три Na⁺ освобождаются во внеклеточную жидкость.
4. В новой форме насос связывает два иона K⁺ из внеклеточной жидкости.
5. Связывание калия вызывает отщепление фосфата от белка.
6. Белок возвращается в исходную форму, открытую внутрь, и освобождает два K⁺ в цитоплазму. Цикл повторяется.

Каждый насос совершает до сотни циклов в секунду. Поскольку наружу выносится три положительных заряда, а внутрь — два, насос с каждым циклом выносит из клетки один лишний положительный заряд: он электрогенный и сам вносит небольшой вклад в отрицательный заряд внутренней стороны мембраны. Но главное значение насоса в другом. Он создаёт градиенты калия и натрия, без которых не было бы ни потенциала покоя, ни нервного импульса, ни вторичного активного транспорта; и он поддерживает объём клетки, не давая воде входить в неё вслед за натрием.

Цена этой работы огромна. По оценкам, в покое на натрий-калиевый насос расходуется около пятой части всей энергии, которую тратит организм человека [14], а в мозге на его работу идёт большая часть энергии, затрачиваемой на передачу сигналов [15]. Поэтому мозг так чувствителен к нехватке кислорода: без АТФ насосы останавливаются за минуты, натрий входит в нейроны, за ним вода, и клетки набухают и гибнут.

7. Вторичный активный транспорт

Натрий-калиевый насос поддерживает низкую концентрацию натрия в клетке. Ионы натрия снаружи «стремятся» войти внутрь — и по градиенту концентрации, и потому, что внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно. Этот запас энергии клетка использует, чтобы перекачивать другие вещества. Белки, которые это делают, пропускают натрий внутрь только вместе с другой молекулой или в обмен на неё [2].

Симпорт: глюкоза в кишечнике

Клетки эпителия тонкой кишки должны всасывать глюкозу полностью, даже когда в просвете кишки её осталось меньше, чем в самой клетке. Облегчённой диффузией этого не сделать. В верхушечной мембране этих клеток работает переносчик SGLT1: он переносит в клетку одну молекулу глюкозы вместе с двумя ионами натрия [16]. Натрий движется по своему градиенту и «затаскивает» глюкозу против её градиента. Затем в нижней части клетки глюкоза выходит в кровь облегчённой диффузией через другой переносчик, GLUT2, а натрий выкачивается в кровь натрий-калиевым насосом. Механизм сопряжённого транспорта натрия и глюкозы предложил в 1960 году американский биохимик Р. Крейн.

Тот же принцип работает в почках. Переносчик SGLT2 возвращает в кровь из первичной мочи почти всю глюкозу. Ещё в 1835 году из коры яблони выделили вещество флоризин, которое, как выяснилось позже, блокирует эти переносчики и вызывает появление глюкозы в моче. Современные лекарства от диабета второго типа — ингибиторы SGLT2 — созданы на основе флоризина: они заставляют почки выводить избыток глюкозы с мочой [16].

Антипорт: обмен ионов

В антипорте ион натрия, входя в клетку, выносит из неё другое вещество. Обменник натрия на кальций плазмалеммы клеток сердца за каждые три входящих иона натрия выносит из клетки один ион кальция; он помогает расслабляться сердечной мышце между сокращениями. Обменник натрия на протоны выносит из клеток избыток кислоты и поддерживает pH цитоплазмы. У растений, грибов и бактерий источником энергии для вторичного транспорта служат протоны, которые насос выкачал наружу: так, клетки, окружающие проводящие пучки листа, закачивают сахарозу во флоэму вместе с протонами.

8. Эндоцитоз: поглощение в пузырьках

Белки, частицы, целые бактерии не могут пройти через каналы и переносчики. Их клетка поглощает, окружая участком плазмалеммы: мембрана впячивается внутрь, края впячивания смыкаются, и от мембраны отшнуровывается пузырёк с содержимым. Этот процесс называют эндоцитозом. Он требует затраты энергии (в том числе на работу цитоскелета) и всегда сопровождается уменьшением площади плазмалеммы, которая затем пополняется экзоцитозом [2].

Фагоцитоз

Фагоцитоз — поглощение крупных частиц: бактерий, обломков клеток, погибших клеток. Клетка вытягивает вокруг частицы выросты цитоплазмы — псевдоподии, — которые обхватывают её и смыкаются. Образовавшийся пузырёк — фагосома — сливается с лизосомами, и содержимое переваривается. Фагоцитозом питаются амёбы и многие другие протисты. У многоклеточных животных фагоцитоз стал средством защиты и уборки: нейтрофилы и макрофаги поглощают бактерии, макрофаги селезёнки и печени за сутки уничтожают около двухсот миллиардов отслуживших эритроцитов.

Пиноцитоз

Пиноцитоз — поглощение жидкости с растворёнными в ней веществами мелкими пузырьками (диаметром около 0,1 мкм). Им занимаются практически все клетки животных, причём постоянно. Как уже говорилось в статье о мембране, макрофаг таким путём за час «заглатывает» участки мембраны, по площади почти вдвое превышающие его поверхность.

Эндоцитоз с участием рецепторов

Самый избирательный вид эндоцитоза — рецепторный. На поверхности клетки находятся рецепторы, связывающие определённые молекулы. Они собираются в особых ямках, покрытых изнутри белком клатрином: клатрин образует решётчатую корзинку из пяти- и шестиугольников, которая изгибает мембрану и отщепляет пузырёк [19]. Так клетка поглощает нужное вещество, даже если его в среде очень мало, — концентрируя его на рецепторах.

Этот механизм открыли американские медики М. Браун и Дж. Голдштейн, изучая наследственную болезнь — семейную гиперхолестеринемию. У больных в крови очень много холестерина, а у тех, кто получил дефектный ген от обоих родителей, инфаркты случаются уже в детстве. Холестерин переносится кровью в частицах липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). Браун и Голдштейн показали, что клетки поглощают ЛПНП через рецепторы, собранные в окаймлённых клатрином ямках, а у больных рецепторы отсутствуют или не попадают в ямки — и холестерин остаётся в крови [20]. В 1985 году они получили Нобелевскую премию. Их открытие легло в основу лекарств, снижающих холестерин.

Рецепторным эндоцитозом клетки получают и железо (связанное с белком трансферрином), и многие гормоны. Им же пользуются вирусы: вирус гриппа связывается с сиаловой кислотой на поверхности клетки, поглощается в пузырьке, а затем, когда содержимое пузырька подкисляется, сливается с его мембраной и выпускает свою РНК в цитоплазму.

Трансцитоз

Иногда пузырёк, поглощённый с одной стороны клетки, не переваривается, а переносится к противоположной стороне и сливается там с мембраной. Так через клетки эпителия кишечника новорождённого из материнского молока поступают антитела, а через клетки плаценты антитела матери переходят в кровь плода. Это трансцитоз — сочетание эндоцитоза и экзоцитоза.

9. Экзоцитоз: выведение в пузырьках

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу. Мембранный пузырёк подходит к плазмалемме и сливается с ней, а его содержимое выходит наружу. Так клетки выделяют гормоны, пищеварительные ферменты, антитела, слизь, медиаторы, компоненты межклеточного вещества, а растительные клетки — полисахариды клеточной стенки. При экзоцитозе мембрана пузырька встраивается в плазмалемму, а белки, находившиеся в мембране пузырька, оказываются на поверхности клетки [2].

Различают два вида экзоцитоза. Постоянный идёт во всех клетках непрерывно: пузырьки из аппарата Гольджи доставляют к поверхности новые мембранные белки и липиды и вещества межклеточного матрикса. Регулируемый идёт только в специализированных клетках и только по сигналу. Секреторные гранулы с инсулином, пищеварительными ферментами или медиатором накапливаются у поверхности и сливаются с мембраной, когда в цитоплазме повышается концентрация ионов кальция. Так нервное окончание выделяет медиатор в синапс за доли миллисекунды после прихода импульса.

Слияние пузырька с мембраной обеспечивают белки SNARE: белок мембраны пузырька и белки плазмалеммы скручиваются в плотный пучок и стягивают две мембраны [21]. За открытие механизмов пузырькового транспорта Дж. Ротман, Р. Шекман и Т. Зюдхоф получили Нобелевскую премию 2013 года. Белки SNARE — мишень самых сильных ядов на Земле. Ботулинический и столбнячный токсины — ферменты, которые разрезают белки SNARE в нервных окончаниях [22]. Медиатор перестаёт выделяться: ботулинический токсин вызывает паралич мышц, столбнячный — судороги (он блокирует выделение медиатора в тормозных нейронах спинного мозга). В ничтожных дозах ботулинический токсин применяют в медицине для расслабления спазмированных мышц.

10. Транспорт у растений и грибов

Растительные и грибные клетки устроены «по-протонному». Главный насос их плазмалеммы — протонная АТФаза, которая выкачивает протоны наружу. В результате снаружи создаётся кислая среда, а внутренняя сторона мембраны заряжается отрицательно — у растений потенциал на мембране достигает −120…−200 мВ, больше, чем у животных клеток. Этот протонный градиент используют переносчики сахаров, аминокислот, нитратов и фосфатов: они работают как симпорты с протонами. Ионы калия, притягиваемые отрицательным зарядом внутренней стороны мембраны, входят в клетку через каналы [3].

Пример слаженной работы транспорта — устьица. Когда на лист падает свет, протонные насосы замыкающих клеток устьиц выкачивают протоны, мембрана сильнее заряжается отрицательно, и в клетки через каналы входят ионы калия, а за ними — хлорид и другие анионы. Осмолярность клеточного сока растёт, в замыкающие клетки входит вода, они набухают, изгибаются, и устьичная щель открывается. Гормон засухи абсцизовая кислота запускает обратный процесс: калий выходит, вода уходит, устьице закрывается. Вся эта механика — работа насосов, каналов и осмоса.

Корни растений поглощают минеральные вещества из почвенного раствора, где их концентрация часто в сотни раз ниже, чем в клетках корня. Поэтому поглощение ионов корнем — во многом активный процесс: при недостатке кислорода в почве, когда клетки корня не могут получать достаточно АТФ, поглощение ионов резко падает. Вода же поступает в корень пассивно, по осмотическому градиенту, во многом через аквапорины.

Ещё одна особенность растительных клеток — мембрана вакуоли, тонопласт. В ней работают протонные насосы двух типов — АТФазы и пирофосфатазы, — которые закачивают протоны в вакуоль. За счёт протонного градиента тонопласта в вакуоль переносятся сахара, органические кислоты, ионы, пигменты, ядовитые вещества. Именно поэтому вакуоль может накапливать вещества в высоких концентрациях — и именно поэтому в ней создаётся высокое осмотическое давление, обеспечивающее тургор.

11. Транспорт у бактерий

У бактерий нет ни эндоцитоза, ни мембранных органоидов, и весь обмен веществ со средой идёт через плазмалемму. Зато набор транспортных механизмов у них очень богат, а некоторые из них уникальны.

Протонный градиент — общая «валюта». Дыхательная цепь бактерий встроена в плазмалемму и выкачивает протоны наружу. Возникающий протонный градиент используется для синтеза АТФ ферментом АТФ-синтазой, для вторичного транспорта сахаров и аминокислот вместе с протонами и даже для вращения жгутика: мотор бактериального жгутика вращается потоком протонов, входящих в клетку. Идею о том, что энергия окисления сначала превращается в градиент протонов на мембране, а уже потом — в АТФ, высказал в 1961 году английский биохимик П. Митчелл [23]. Его хемиосмотическую теорию долго не принимали, но в 1978 году Митчелл получил Нобелевскую премию по химии. Та же логика действует в митохондриях и хлоропластах — бывших бактериях.

Перенос с химическим превращением. Многие бактерии, в том числе кишечная палочка, поглощают глюкозу необычным способом. Специальная система белков переносит молекулу глюкозы через мембрану и одновременно присоединяет к ней остаток фосфорной кислоты, взятый у богатого энергией соединения — фосфоенолпирувата. В клетку попадает уже не глюкоза, а глюкозо-6-фосфат, который не может выйти обратно через тот же переносчик. Этот механизм — транслокацию групп — открыли в 1964 году В. Кундиг, С. Гош и С. Роузман в лаборатории Роузмана в Университете Джонса Хопкинса [24]. Он не похож ни на облегчённую диффузию, ни на обычный активный транспорт: градиента глюкозы просто не возникает, потому что внутри её химически нет.

Насосы устойчивости. Бактерии выбрасывают из клетки антибиотики с помощью насосов, работающих на протонном градиенте или на АТФ. У грамотрицательных бактерий такие насосы пронизывают обе мембраны сразу и выбрасывают вещество прямо во внешнюю среду. Усиление работы этих насосов — одна из причин множественной устойчивости бактерий к антибиотикам, о которой рассказано в статье «Устойчивость бактерий к антибиотикам».

12. Когда транспорт нарушен

Многие болезни человека вызваны нарушениями работы каналов, переносчиков и насосов. Их изучение сыграло огромную роль в понимании того, как устроен транспорт.

Муковисцидоз. Белок CFTR — хлоридный канал на верхушечной мембране клеток эпителия дыхательных путей, кишечника, протоков поджелудочной железы и потовых желёз. В 1989 году был найден его ген, и выяснилось, что у большинства больных в белке не хватает одной аминокислоты, фенилаланина в положении 508 [9]. Такой белок неправильно сворачивается в ЭПС и до мембраны почти не доходит. Хлорид не выходит в просвет протоков, за ним не идёт вода, и слизь становится густой и вязкой: она закупоривает бронхи и протоки поджелудочной железы. Пот больных, напротив, очень солёный, потому что хлорид не всасывается обратно в протоках потовых желёз; «солёный поцелуй» ребёнка был признаком болезни ещё в европейском фольклоре. В последние годы созданы лекарства, которые помогают дефектному белку свернуться и дойти до мембраны.

Холера. Токсин холерного вибриона проникает в клетки эпителия тонкой кишки и необратимо включает в них сигнальный путь, который открывает тот же канал CFTR. Хлорид выходит в просвет кишки, за ним следуют натрий и вода, и больной может терять до 10–20 литров жидкости в сутки [25]. При этом переносчик натрия и глюкозы SGLT1 не страдает — именно поэтому раствор соли с глюкозой для питья спасает больных (раздел 7). Интересно, что носители одной мутантной копии гена CFTR, по одной из гипотез, легче переносят холеру и похожие инфекции; это могло поддерживать частоту мутации в популяциях Европы.

Миотония. Мутации гена хлоридного канала мышечных волокон нарушают расслабление мышц после сокращения. Самый известный пример — миотонические козы: при испуге их мышцы на несколько секунд остаются сокращёнными, и животное падает «окаменев». У человека похожее заболевание называют врождённой миотонией.

Сердечные аритмии. Наследственные нарушения калиевых и натриевых каналов клеток сердца нарушают проведение возбуждения и могут вызывать внезапную остановку сердца у молодых людей. Многие лекарства пришлось отозвать из продажи, когда выяснилось, что они случайно блокируют один из калиевых каналов сердца; сейчас каждое новое лекарство обязательно проверяют на такое действие.

Нефрогенный несахарный диабет. При мутациях гена аквапорина почечных канальцев или рецептора вазопрессина почки не возвращают воду в кровь, и человек выделяет огромные количества разбавленной мочи (раздел 4).

13. Лекарства и яды, действующие на транспорт

Транспортные белки — одни из главных мишеней лекарств, а многие природные яды бьют именно по ним.

• Тетродотоксин рыбы фугу и некоторых других животных закупоривает натриевые каналы нервов. Нервные импульсы перестают проводиться, и наступает паралич дыхательных мышц. Противоядия нет, а смертельная доза для человека — около миллиграмма.
• Местные обезболивающие (лидокаин, новокаин) тоже блокируют натриевые каналы, но обратимо и только там, куда их ввели: импульсы от болевых рецепторов не доходят до мозга.
• Сердечные гликозиды наперстянки и уабаин блокируют натрий-калиевый насос (раздел 6).
• Ингибиторы протонной помпы (омепразол и его аналоги) подавляют H⁺/K⁺-АТФазу желудка и уменьшают кислотность желудочного сока.
• Мочегонные средства (фуросемид и др.) блокируют переносчики, которые возвращают натрий и хлорид из мочи в кровь в канальцах почки. Соли остаются в моче, за ними — вода.
• Антидепрессанты группы флуоксетина блокируют переносчик серотонина, который возвращает этот медиатор из синапса в нервное окончание вместе с ионами натрия. Серотонин дольше остаётся в синапсе. Кокаин действует сходно, но на переносчик дофамина.
• Ингибиторы SGLT2 заставляют почки выводить глюкозу с мочой и применяются при диабете (раздел 7).
• Цианиды на транспорт прямо не действуют: они блокируют дыхательную цепь митохондрий. Но без АТФ останавливаются все насосы, и через несколько минут клетка теряет градиенты и гибнет.

Почти все эти вещества были открыты задолго до того, как стала понятна их мишень. Изучение того, на что они действуют, было одним из главных путей, которыми учёные находили и выделяли транспортные белки.

14. Как клетка поддерживает свой объём

Любая клетка постоянно сталкивается с угрозой изменения объёма. Внутри неё много крупных молекул, которые не могут выйти; в неё входят и из неё выходят вещества; осмолярность среды меняется. Поэтому у клеток есть системы регуляции объёма. Если клетка набухла, в мембране открываются каналы для калия и хлорида, эти ионы выходят, а за ними выходит и вода. Если клетка сжалась, включаются переносчики, захватывающие натрий, калий и хлорид, и вода возвращается.

Клетки, живущие в среде с очень высокой осмолярностью, используют другой приём: накапливают внутри безвредные органические вещества — осмолиты. В глубоких слоях почки, где межклеточная жидкость в несколько раз концентрированнее плазмы, клетки накапливают сорбит, инозит и бетаин. Хрящевые рыбы — акулы и скаты — держат в крови много мочевины, и осмолярность их крови равна осмолярности морской воды или даже чуть выше; вредное действие мочевины на белки они нейтрализуют другим веществом — триметиламиноксидом. Галофильные археи, живущие в насыщенных солевых растворах, накапливают в цитоплазме калий в огромных концентрациях, а их белки приспособлены работать в таком рассоле. Морские беспозвоночные и многие растения засолённых почв (солянки) тоже поддерживают осмолярность клеток равной или выше осмолярности среды, накапливая ионы в вакуолях и осмолиты в цитоплазме.

15. Сравнение способов транспорта

16. Частые ошибки

• «Облегчённая диффузия — вид активного транспорта, потому что в ней участвуют белки». Нет: она идёт по градиенту и без затраты энергии, это пассивный транспорт.
• «При осмосе вода движется из более концентрированного раствора в менее концентрированный». Наоборот: вода движется туда, где выше концентрация растворённых частиц, то есть из менее концентрированного раствора в более концентрированный.
• «Натрий-калиевый насос закачивает натрий в клетку». Насос выкачивает натрий из клетки (3 иона) и закачивает калий (2 иона), затрачивая одну молекулу АТФ.
• «В гипотоническом растворе растительная клетка лопается». Растительную клетку удерживает клеточная стенка; лопаются в гипотоническом растворе животные клетки (например, эритроциты).
• «Плазмолиз — это разрыв клетки». Плазмолиз — отделение протопласта от клеточной стенки при потере воды в гипертоническом растворе.
• «Пиноцитоз — поглощение твёрдых частиц, фагоцитоз — жидкости». Наоборот: фагоцитоз — твёрдых частиц, пиноцитоз — капель жидкости.
• «Кислород поступает в клетку активным транспортом». Кислород и углекислый газ проходят через мембрану простой диффузией.
• «Ионы проходят через липидный бислой». Без белков (каналов, переносчиков, насосов) ионы через мембрану практически не проходят.

17. Интересные факты

• Морская вода по осмолярности (около 1 осмоль/л) примерно втрое концентрированнее плазмы крови человека. Поэтому человек, пьющий морскую воду, теряет воду: почкам приходится выводить соли с ещё большим количеством воды. Морские птицы и черепахи избавляются от избытка соли с помощью особых солевых желёз, клетки которых насыщены натрий-калиевыми насосами.
• Яйцеклетки шпорцевой лягушки, на которых открыли аквапорины, стали одним из главных инструментов изучения транспорта: в них вводят мРНК любого мембранного белка, и через день-два он появляется в мембране, где его работу можно измерить.
• Через один ионный канал проходит до сотни миллионов ионов в секунду — почти так же быстро, как ионы диффундировали бы в свободной воде. Отбор по размеру и заряду при этом почти не замедляет поток.
• Желудок защищён от собственной кислоты не только слизью, но и тем, что его клетки выкачивают протоны в просвет и одновременно выводят гидрокарбонат в кровь — после еды кровь, оттекающая от желудка, становится заметно щелочнее («щелочная волна»).
• Ботулинический токсин — самый сильный из известных ядов: смертельная доза для человека при попадании в кровь оценивается примерно в один нанограмм на килограмм массы тела. Вся его сила — в точности, с которой он разрезает один-единственный белок, нужный для экзоцитоза.
• У человека ежедневно через почки фильтруется около 180 литров первичной мочи, и примерно 99 % воды, почти вся глюкоза и большая часть солей возвращаются в кровь — силами насосов, переносчиков и аквапоринов клеток канальцев.

18. Частые вопросы

Почему кислород проходит через мембрану сам, а ионы — нет?

Молекула кислорода мала и неполярна, она легко растворяется в гидрофобной середине бислоя. Ион заряжен и окружён оболочкой из молекул воды; чтобы войти в неполярный слой, ему нужно её сбросить, а это требует огромной энергии. Поэтому ионы проходят только через белки, которые заменяют им водную оболочку.

Чем канал отличается от переносчика?

Канал образует сквозную пору: когда он открыт, вещество проходит через него непрерывным потоком, до миллионов ионов в секунду. Переносчик связывает молекулу, меняет форму и освобождает её на другой стороне — по одной молекуле за цикл, гораздо медленнее. Каналы бывают только пассивными, а переносчики — и пассивными (облегчённая диффузия), и активными (насосы, симпорт, антипорт).

Почему эритроцит в воде лопается, а клетка элодеи — нет?

В обоих случаях вода входит в клетку осмосом. Но у эритроцита нет клеточной стенки, мембрана растягивается до разрыва. У клетки элодеи протопласт упирается в прочную целлюлозную стенку, давление (тургор) уравновешивает осмотическое поступление воды, и разрыва не происходит.

Если вторичный транспорт не тратит АТФ, почему он активный?

Потому что вещество переносится против своего градиента. Энергия для этого берётся из градиента натрия (или протонов), а градиент создан насосом, который тратил АТФ. Так что в конечном счёте энергия АТФ всё же расходуется, только не напрямую.

Что будет с клеткой, если отравить натрий-калиевый насос?

Градиенты натрия и калия постепенно исчезнут. Натрий войдёт в клетку, за ним — хлорид и вода: клетка набухнет. Прекратится вторичный транспорт глюкозы и аминокислот, исчезнет потенциал покоя, нервные и мышечные клетки перестанут возбуждаться. В конце концов клетка погибнет.

Может ли вода проходить через мембрану без аквапоринов?

Может, но медленно: отдельные молекулы воды проскальзывают через бислой. Этого достаточно для многих клеток. Но там, где воде нужно проходить быстро и в больших объёмах (почки, корни, эритроциты, железы), клетки встраивают в мембрану аквапорины.

19. ЕГЭ

Транспорт веществ — частая тема заданий на соответствие («способ транспорта — признак»), на выбор трёх верных ответов и заданий второй части с объяснением опытов: почему эритроциты лопнули в воде, почему увядает растение, политое концентрированным раствором удобрений, почему огурцы в рассоле сморщиваются, почему при отравлении цианидом прекращается всасывание глюкозы в кишечнике.

20. Для олимпиад

Осмотическое давление. По закону Вант-Гоффа π = iCRT. Для 0,9 %-го раствора NaCl: 9 г/л / 58,5 г/моль ≈ 0,154 моль/л; с учётом распада на два иона осмолярность около 0,31 осмоль/л (реально чуть меньше из-за неполной диссоциации). При 310 К: π ≈ 0,31 · 0,082 · 310 ≈ 7,9 атм. Отсюда видно, почему раствор называют физиологическим: его осмолярность близка к осмолярности плазмы (около 0,29 осмоль/л).

Энергия градиента. Свободная энергия переноса одного моля вещества из раствора с концентрацией C₁ в раствор с концентрацией C₂ равна ΔG = RT ln(C₂/C₁). Для заряженной частицы добавляется электрическая составляющая zFΔψ, где z — заряд иона, F = 96 500 Кл/моль — постоянная Фарадея, Δψ — разность потенциалов. Для переноса Na⁺ из клетки (12 ммоль/л) наружу (145 ммоль/л) при потенциале внутри −70 мВ: химическая составляющая 8,31 · 310 · ln(145/12) ≈ 6,4 кДж/моль, электрическая 96 500 · 0,07 ≈ 6,8 кДж/моль, всего около 13 кДж/моль. Для трёх ионов натрия — около 39 кДж/моль; для двух ионов калия, переносимых внутрь (5 → 140 ммоль/л) против химического градиента, но по электрическому: 2 · (8,6 − 6,8) ≈ 3,6 кДж/моль. Всего около 43 кДж/моль, а гидролиз АТФ в клетке даёт около 50–60 кДж/моль. Энергии одного АТФ хватает на один цикл насоса — с небольшим запасом.

Электрогенность насоса. Насос выносит за цикл один лишний положительный заряд. Если в клетке нейрона 10⁶ насосов и каждый совершает 100 циклов в секунду, через мембрану выносится 10⁸ зарядов в секунду, то есть ток около 1,6 · 10⁻¹¹ А (16 пА). Этот ток невелик, но вносит несколько милливольт в потенциал покоя.

Насыщение переносчика. Скорость облегчённой диффузии описывается уравнением v = V_max · C / (K_m + C). У переносчика глюкозы эритроцитов K_m около 1,5 ммоль/л, а концентрация глюкозы в крови около 5 ммоль/л: v = 5 / 6,5 ≈ 0,77 V_max. Переносчик работает почти на пределе, и увеличение глюкозы в крови вдвое почти не ускоряет её поступление в эритроцит (10 / 11,5 ≈ 0,87 V_max). Таких задач на олимпиадах много: нужно отличить по графику насыщение (переносчик) от линейной зависимости (простая диффузия).

21. Задания с разбором

Задание 1

Выберите три верных ответа. Пассивный транспорт веществ через мембрану: 1) идёт по градиенту концентрации; 2) требует затрат АТФ; 3) включает простую и облегчённую диффузию; 4) осуществляется натрий-калиевым насосом; 5) включает осмос; 6) идёт против градиента концентрации.

Задание 2

Установите соответствие между примерами и способами транспорта. Примеры: А) поступление кислорода в эритроцит; Б) перенос глюкозы в эритроцит белком GLUT1; В) выкачивание ионов натрия из нервной клетки; Г) поглощение бактерии макрофагом; Д) выделение инсулина из β-клетки; Е) прохождение ионов калия через открытый канал. Способы: 1) простая диффузия; 2) облегчённая диффузия; 3) активный транспорт; 4) эндоцитоз; 5) экзоцитоз.

Задание 3

Установите последовательность этапов цикла натрий-калиевого насоса, начиная со связывания натрия: 1) освобождение ионов калия в цитоплазму; 2) связывание трёх ионов натрия изнутри; 3) фосфорилирование насоса за счёт АТФ; 4) освобождение натрия наружу; 5) связывание двух ионов калия снаружи; 6) отщепление фосфата.

Задание 4

Найдите ошибки в тексте. (1) При осмосе вода движется через полупроницаемую мембрану из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей. (2) В гипотоническом растворе эритроциты набухают и могут лопнуть. (3) В гипертоническом растворе в растительных клетках происходит плазмолиз. (4) Натрий-калиевый насос переносит в клетку три иона натрия и выносит два иона калия. (5) На работу насоса расходуется энергия АТФ.

Задание 5

Почему эритроциты, помещённые в дистиллированную воду, разрушаются, а в 0,9 %-м растворе NaCl сохраняются?

Задание 6

Почему растение может завянуть, если полить его слишком концентрированным раствором удобрения?

Задание 7

Выберите три верных ответа. Облегчённая диффузия: 1) идёт с участием белков-переносчиков или каналов; 2) требует затрат АТФ; 3) идёт по градиенту концентрации; 4) характеризуется насыщением при высокой концентрации вещества; 5) осуществляется путём образования пузырьков; 6) переносит вещество против градиента.

Задание 8

Объясните, почему всасывание глюкозы клетками эпителия тонкой кишки прекращается при отравлении клеток веществом, блокирующим синтез АТФ, хотя переносчик глюкозы SGLT1 сам АТФ не расходует.

Задание 9

Установите соответствие между характеристиками и видами эндоцитоза. Характеристики: А) поглощение твёрдых частиц; Б) поглощение капель жидкости; В) осуществляется макрофагами и нейтрофилами при защите организма; Г) образуются мелкие пузырьки диаметром около 0,1 мкм; Д) образуются выросты цитоплазмы — псевдоподии. Виды: 1) фагоцитоз; 2) пиноцитоз.

Задание 10

Как пероральная регидратация (раствор соли и глюкозы для питья) помогает больным холерой? Объясните механизм.

Задание 11

Выберите три верных ответа. Через липидный бислой путём простой диффузии проходят: 1) кислород; 2) ионы натрия; 3) углекислый газ; 4) глюкоза; 5) стероидные гормоны; 6) белки.

Задание 12

Почему у пресноводных простейших есть сократительные вакуоли, а у большинства морских — нет?

Задание 13

Установите соответствие между насосами и их функциями. Функции: А) создаёт кислую среду в желудке; Б) поддерживает градиенты натрия и калия в животных клетках; В) возвращает кальций в цистерны ЭПС мышечного волокна; Г) создаёт протонный градиент на плазмалемме растений и грибов; Д) выкачивает из опухолевых клеток лекарства. Насосы: 1) Na⁺/K⁺-АТФаза; 2) H⁺/K⁺-АТФаза; 3) Ca²⁺-АТФаза; 4) H⁺-АТФаза; 5) P-гликопротеин (переносчик ABC).

Задание 14

Почему при семейной гиперхолестеринемии концентрация холестерина в крови резко повышена? Какой способ транспорта нарушен?

Задание 15

Выберите три верных ответа. При экзоцитозе: 1) мембрана пузырька сливается с плазмалеммой; 2) площадь плазмалеммы уменьшается; 3) содержимое пузырька выходит из клетки; 4) клетка выделяет гормоны и ферменты; 5) клетка поглощает бактерии; 6) образуются псевдоподии.

Задание 16

Как открывается устьице на свету? Опишите роль транспорта ионов и воды.

Задание 17

Почему ботулинический токсин вызывает паралич мышц?

Задание 18

Объясните, почему огурцы в крепком рассоле становятся сморщенными, а изюм, положенный в воду, набухает.

Задание 19 (олимпиадное)

Рассчитайте свободную энергию, необходимую для переноса 1 моль ионов Na⁺ из клетки (12 ммоль/л) наружу (145 ммоль/л), если потенциал внутренней стороны мембраны −70 мВ, T = 310 К, R = 8,31 Дж/(моль·К), F = 96 500 Кл/моль. Сколько энергии требуется на 3 иона натрия за один цикл насоса (в расчёте на моль циклов)?

Задание 20 (олимпиадное)

Скорость облегчённой диффузии глюкозы в эритроцит описывается уравнением v = V_max · C / (K_m + C), K_m = 1,5 ммоль/л. Во сколько раз увеличится скорость поступления глюкозы при повышении её концентрации в крови с 5 до 10 ммоль/л? Во сколько раз увеличилась бы скорость простой диффузии?

Литература

1. Preston G. M., Carroll T. P., Guggino W. B., Agre P. Appearance of water channels in Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28 protein // Science. 1992. Vol. 256. P. 385–387.
2. Alberts B., Heald R., Johnson A. et al. Molecular Biology of the Cell. 7th ed. New York: W. W. Norton, 2022.
3. Urry L. A., Cain M. L., Wasserman S. A., Minorsky P. V., Orr R. B. Campbell Biology. 12th ed. Pearson, 2020.
4. Doyle D. A., Cabral J. M., Pfuetzner R. A. et al. The structure of the potassium channel: molecular basis of K⁺ conduction and selectivity // Science. 1998. Vol. 280. P. 69–77.
5. Neher E., Sakmann B. Single-channel currents recorded from membrane of denervated frog muscle fibres // Nature. 1976. Vol. 260. P. 799–802.
6. Mueckler M., Caruso C., Baldwin S. A. et al. Sequence and structure of a human glucose transporter // Science. 1985. Vol. 229. P. 941–945.
7. Lodish H., Berk A., Kaiser C. A. et al. Molecular Cell Biology. 9th ed. New York: W. H. Freeman, 2021.
8. Juliano R. L., Ling V. A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants // Biochimica et Biophysica Acta. 1976. Vol. 455. P. 152–162.
9. Riordan J. R., Rommens J. M., Kerem B. et al. Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA // Science. 1989. Vol. 245. P. 1066–1073.
10. Skou J. C. The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves // Biochimica et Biophysica Acta. 1957. Vol. 23. P. 394–401.
11. Hevesy G. The absorption and translocation of lead by plants: a contribution to the application of the method of radioactive indicators in the investigation of the change of substance in plants // Biochemical Journal. 1923. Vol. 17. P. 439–445.
12. Hodgkin A. L., Keynes R. D. Active transport of cations in giant axons from Sepia and Loligo // Journal of Physiology. 1955. Vol. 128. P. 28–60.
13. Caldwell P. C., Hodgkin A. L., Keynes R. D., Shaw T. I. The effects of injecting ‘energy-rich’ phosphate compounds on the active transport of ions in the giant axons of Loligo // Journal of Physiology. 1960. Vol. 152. P. 561–590.
14. Rolfe D. F. S., Brown G. C. Cellular energy utilization and molecular origin of standard metabolic rate in mammals // Physiological Reviews. 1997. Vol. 77. P. 731–758.
15. Attwell D., Laughlin S. B. An energy budget for signaling in the grey matter of the brain // Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2001. Vol. 21. P. 1133–1145.
16. Wright E. M., Loo D. D. F., Hirayama B. A. Biology of human sodium glucose transporters // Physiological Reviews. 2011. Vol. 91. P. 733–794.
17. Water with sugar and salt [editorial] // The Lancet. 1978. Vol. 312. P. 300–301.
18. Gordon S. Phagocytosis: the legacy of Metchnikoff // Cell. 2016. Vol. 166. P. 1065–1068.
19. Pearse B. M. F. Coated vesicles from pig brain: purification and biochemical characterization // Journal of Molecular Biology. 1975. Vol. 97. P. 93–98.
20. Brown M. S., Goldstein J. L. A receptor-mediated pathway for cholesterol homeostasis // Science. 1986. Vol. 232. P. 34–47.
21. Söllner T., Whiteheart S. W., Brunner M. et al. SNAP receptors implicated in vesicle targeting and fusion // Nature. 1993. Vol. 362. P. 318–324.
22. Schiavo G., Benfenati F., Poulain B. et al. Tetanus and botulinum-B neurotoxins block neurotransmitter release by proteolytic cleavage of synaptobrevin // Nature. 1992. Vol. 359. P. 832–835.
23. Mitchell P. Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemi-osmotic type of mechanism // Nature. 1961. Vol. 191. P. 144–148.
24. Kundig W., Ghosh S., Roseman S. Phosphate bound to histidine in a protein as an intermediate in a novel phospho-transferase system // PNAS. 1964. Vol. 52. P. 1067–1074.
25. Field M. Intestinal ion transport and the pathophysiology of diarrhea // Journal of Clinical Investigation. 2003. Vol. 111. P. 931–943.
26. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.