Биохимия человека Том 2 - Марри Р. 1993

Биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций
Мембраны: структура, сборка и функции
Поддержание нормального состава среды

Поддержание нормального состава среды внутри клетки и вокруг нее — это основа жизнедеятельности. Жизнь возникла в водной среде, следовательно, ферментативные реакции, клеточные, субклеточные и другие биологические процессы эволюционировали именно в этом окружении. Сейчас большинство млекопитающих обитают в газообразной среде. Как же поддерживается у них водный статус? Вода удерживается в организме благодаря мембранам, которые пронизывают водную среду и образуют компартменты.

Внутренние водные компартменты

Вода составляет около 56% мышечной массы тела человека и распределена между двумя большими компартментами.

А. Внутриклеточная жидкость: этот компартмент содержит две трети всей массы и создает условия, необходимые для 1) преобразования, хранения и использования энергии; 2) осуществления гомеостаза; 3) репликации; 4) выполнения специфических функций.

Б. Внеклеточная жидкость: этот компартмент содержит примерно одну треть всей воды, которая распределена между плазмой и интерстициальным пространством. Внеклеточная жидкость обеспечивает систему доставки. С ее помощью к клеткам поступают питательные вещества (например, глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты), кислород, различные ионы и микроэлементы, а также многочисленные молекулы регуляторов (гормонов), координирующих работу пространственно разобщенных клеток. Внеклеточная жидкость удаляет СО₂, отходы метаболизма и токсичные или обезвреженные вещества из непосредственного окружения клетки.

Состав клеток и внеклеточной жидкости

Как видно из табл. 42.1, ионный состав внутриклеточной жидкости сильно отличается от состава внеклеточной среды. Внутриклеточная среда богата ионами К⁺ и Mg²⁺, а основным анионом является фосфат, тогда как внеклеточная жидкость содержит в большом количестве ионы Na⁺ и Са²⁺, а основным анионом является Сl^-1). Отметим также, что концентрация глюкозы во внеклеточной жидкости выше, чем в клетке, а для белков наблюдается обратная ситуация. Чем обусловлено такое различие? Полагают, что в первичном океане, где и возникла жизнь, была высока концентрация ионов К⁺ и Mg²⁺, а поэтому ферментативные реакции и другие биологические процессы эволюционировали таким образом, что оптимальной для них стала именно такая среда. Впоследствии состав первичного океана стал постепенно изменяться, в нем стали превалировать ионы Na⁺ и Са²⁺, и клетки подверглись сильному давлению отбора. В этих условиях для формирования в них совершенно нового комплекса биохимических и физиологических процессов потребовались бы колоссальные изменения. Вместо этого между клеткой и средой образовался барьер — мембрана с встроенными в нее насосами, обеспечивающая постоянство внутренней микросреды.

¹⁾ Указанное соотношение анионов характерно в основном для клеток животных.— Прим. перев.

Таблица 42.1. Средние концентрации различных веществ снаружи и внутри клеток млекопитающих