Ионофоры - это небольшие гидрофобные молекулы, которые растворяются в липидных бислоях и повышают их ионную проницаемость. Большинство ионофоров синтезируется микроорганизмами; некоторые из них используются как антибиотики. Термин «ионофор» был предложен в 1967 г. для группы веществ, способствующих переносу щелочных металлов через мембраны, когда была открыта их способность образовывать специфические комплексы с транспортируемыми катионами.

Ионофоры широко применяются для повышения проницаемости мембран по отношению к определенным ионам в исследованиях на синтетических бислоях, клеточных органеллах, интактных клетках.

Существуют два класса ионофоров:

  • ионофоры - подвижные переносчики ионов и
  • каналообразующие ионофоры.

Ионофоры обоих типов действуют, экранируя заряд транспортируемого иона так, чтобы последний мог пройти гидрофобную внутреннюю область липидного бислоя. Поскольку ионофоры не связаны ни с каким источником энергии, они лишь позволяют ионам двигаться по их электрохимическим градиентам.

К ионофорам относятся многие вещества: антибиотики валиномицин, нигерицин, моненсин, энниатины, нактины, грамицидины А, В и С, ряд родственных им антибиотиков и их синтетических аналогов, а также многие макроциклические и макробициклические полиэфиры. Свойства ионофор обнаружены у полипептидов, получаемых при расщеплении белков, осуществляющих транспорт ионов в клетках (металлзависимые АТФ-азы бактерий и саркоплазматического ретикулума, белки возбудимых мембран и т. д.).

Ионофоры проявляют свое действие при весьма низких концентрациях (10-11-10-6 М), обладают высокой ионной избирательностью. Например, валиномицин переносит ионы калия в 10 тыс. раз активнее, чем ионы натрия, нактины обнаруживают высокую аммониевую специфичность, моненсин избирателен по отношению к ионам натрия, а А 23187 является наилучшим И. для ионов кальция.

Механизм действия ионофор включает несколько этапов. Вначале транспортируемый ион взаимодействует с ионофором, находящимся на поверхности мембраны. При этом ион полностью или частично лишается своей гидратной оболочки, внедряется в молекулярную полость ионофора и удерживается там за счет взаимодействия с полярными группами ионфоров. Устойчивость и другие свойства образуемого комплекса определяются особенностями его пространственной организации. Например, углеводородные радикалы ионофор располагаются на поверхности комплекса и обеспечивают его липофильность, т. е. способность входить в липидные зоны мембран. Размеры молекулярной полости точно соответствуют диаметру связываемого иона. Под действием электрохимического градиента ион в составе комплекса проходит сквозь мембрану и освобождается на противоположной стороне.

Схема механизма действия ионофоров

Схема механизмов действия ионофоров: 1 — «механизм переносчика» — ионофор связывает ион (М+) и перемещает его через мембрану; 2 — «канальный механизм» — ионофоры, встроенные в мембрану, образуют «канал», по которому ионы проходят через мембрану.

По механизму действия ионофоры делят на две группы:

  • к первой относят ионофоры, которые перемещаются вместе со связанным ионом («механизм переносчика»);
  • ко второй — ионофоры, встроенные в мембрану таким образом, что образуют «канал», вдоль которого ион свободно перемещается через мембрану («канальный механизм»).

Типичными представителями первой группы являются валиномицин и нактины, а второй — грамицидины А, В и С.

Ионофоры применяют в химической технологии для экстракции и разделения редких металлов, для создания новых катализаторов, а в приборостроении — для создания высокоэффективных ионизбирательных датчиков. С помощью ионоформ можно с принципиально новых позиций изучать механизмы внутриклеточной проницаемости и влияние различных факторов (например, токсических веществ) на состояние внутренней среды организма. Открытие веществ класса ионофор способствовало более глубокому изучению механизма действия антибиотиков, позволило производить синтез новых антибиотиков с заданными свойствами и их отбор для медицинской практики.

Высокая биологическая активность ионофор дает возможность применять их в качестве лекарственных средств. Так, полиэфирные ионофоры оказались эффективным средством для выведения вредных металлов из организма. Валиномицин способен снижать внутриглазное давление при глаукоме, лазалоцид — стимулировать сердечную деятельность и т. д. Возможности практического использования ионофоров далеко не исчерпаны, и следует ожидать дальнейшего расширения сферы их применения в различных областях науки, техники и медицины.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую скидка 15%

^ Наверх