Антибиотики как переносчики ионов

Имеются вещества, которые не являются природными компонентами мембран, но могут облегчать проникновение через них определенных ионов.

В основном, это антибиотики. По своей транспортной способности они подразделяются на две группы:

- подвижные переносчики, проходящие с ионом через мембрану;

- каналообразователи — образуют в мембране канал, через который могут проходить ионы.

а) Подвижные переносчики(валиномицин и др.). Представляют собой замкнутые цепи, состоящие из мономеров различной природы (рис.2.7). Углеводородные радикалы этих мономеров образуют гидрофобную оболочку молекулы. Внутри же имеется полость, выстланная такими полярными группами, которые способны образовывать единый хелатный комплекс с одним одновалентным катионом. В частности, валиномицин активней всего связывает ион К⁺; сродство к Nа⁺ в 1000 раз меньше.

Комплекс антибиотика с ионом проходит через мембрану путем простой диффузии. Если с другой стороны мембраны (например, внутри искусственного мембранного пузырька) концентрация ионов К⁺ достаточно низкая, то происходит диссоциация комплекса и высвобождение иона.

Свободный антибиотик способен диффундировать обратно, связать очередной ион и тоже перенести его через мембрану. И так много раз. За 1с молекула антибиотика может пересечь мембрану в обоих направлениях до 1000 раз и, соответственно, перенести около 500 ионов.

б) Каналообразователи (грамицидин А и др.). Основа грамицидина А — линейный полипептид, все 15 аминокислотных остатков которого содержат исключительно гидрофобные радикалы. С одним концом полипептида связан этаноламин, а с другим — формильная группа.

Молекулы этого соединения обратимо объединяются в спирализованные димеры, которые способны встраиваться в мембраны (рис. 2.8). В димере остатки этаноламина играют роль гидрофильных «головок», а пептидные b-спирали — гидрофобных «хвостов», пронизывающих всю неполярную фазу мембраны.

Однако, в отличие от жирнокислотных «хвостов», эти спирали формируют в своем внутреннем пространстве гидрофильный канал: его стенки выстланы полярными группами, образующими пептидные связи (-NН—СО-). Размеры канала таковы, что по нему могут перемещаться через мембрану небольшие (одновалентные) ионы. При этом участок канала, где в данный момент находится ион, временно становится шире и короче (как при перемещении комка пищи по пищеводу).

Канал остается открытым в течение примерно 1с (после чего, видимо, димер распадается и молекулы антибиотика вступают в новые взаимодействия друг с другом). За это время через канал может пройти ~10⁷ ионов, т.е. скорость переноса здесь гораздо выше, чем в случае подвижных переносчиков.

Не исключено, что нативные ионные каналы (Nа⁺-каналы, К⁺-каналы и т.д.) в некоторых деталях своего строения и функционирования напоминают грамицидиновые димеры.