Биомедицина срс. Пн Биомедицина негіздері

• Название: Пн Биомедицина негіздері
• Дата: 08.02.2019
• Размер: 193.99 Kb.
• Имя файла: Биомедицина срс.docx
• Тип: Документы; #66911

Марат Оспанов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік медицина университеті


СТУДЕНТТІҢ ӨЗІНДІК ЖҰМЫСЫ





Мамандық: Жалпы медицина.

Пән: Биомедицина негіздері

Тақырыбы: Биологиялық мембраналар өтімділігі мезанизмдері.Иондық каналдар және тасымалдаушылар құрылысы мен қызметі.Электрогенез механизмі

Орындау формасы: реферат



Орындаған: Нәсіпова Әсел Құрманғазықызы Тобы: 105 А

Тексерген: Мәдихан Жәнібек Шалқарұлы

Ақтөбе-2019

Жоспар:

Кіріспе:Биологиялық мембраналар туралы жалпы түсінік және оның қызметтері

Негізгі бөлім

1.Биологиялық мембраналар өтімділігі механизмдері

2.Иондық каналдар және тасымалдаушылар құрылысы мен қызметі

3.Электрогенез механизмі

Қорытынды

Биологиялық мембраналар- деп цитоплазманы және жасушаны құрайтын көптеген элементтерді шектейтін және каналшалардан, қыртыстардан, қуыстардан тұратын біріктірген жүйені қалыптастыратын бірнеше молекулярлық қабатты функционалды құрылымдарды атайды. Биологиялық мембраналар – табиғаттағы ең алғашқы және универсалды молекула үстілік құрылымдар. Олардың екі өлшеудегі ұзындығы қалындығынан едәуір жоғары. Бірақ, мембрананың қызмет атқару қабілеті үшін жауап беретін механизмдер оның қалыңдығымен байланысты.Биологиялық мембрананың құрылымын және қызметтерін зерттеу медицинада өте маңызды, себебі жасушадағы көптеген потологиялық процестер мембрананың қызметінің бұзылуымен тікелей байланысты. Мүшелер мен ұлпалардағы мембраналардың жалпы ауданы орасан зор көлемге дейін жетеді. Осыған байланысты адамның өмір сүруін қамтамасыз ететін, мембранада көптеген процестердің жүруі үшін жасушалар жеткілікті көлемде орналасады. Адам ағзасының мембраналарының жалпы ауданы – бірнеше жүз гектар. Биологиялық мембраналардың қалыңдығы 10 нм. жоғары болмайды, бірақ та оның құрамында негізгі молекулярлық элементтер /липидтер, ақуыздар/ көп болғандықтан олардың салмағы жасушаның салмағының жартысынан көбірек болады.Мембраналар тек қана жартылай өткізетін, пассивті қабықтар емес, олар жасушаның бүкіл маңызды қызметтеріне қатысады, олар бүкіл органеллалардың құрамына кіреді.

МЕМБРАНА ҚЫЗМЕТТЕРІ.Тірі жасушаның өмірсүруінде мембрана алуан түрлі қызмет атқарады. Барьерлік– қоршаған орта мен таңдамалы, реттелінетін, белсенсіз және белсенді зат алмасуды қамтамасыз етеді (селективті - таңдамалы; реттелінетін – заттар үшін мембрана өтімділігі жасуша жағдайына және геномға байланысты), яғнбрана ферменттерінің әсерлесуін) қамтамасыз етеді. Олар электрондарды тасу ансамльдерін, энергияны жинақтау комплекстерін, жарықты рецепциялау, гормондармен және медиаторлармен реттеу комплекстерін құрайды.

Механикалық – ішкі жасушалық құрылымдардың беріктігін, автономдығын қамтамасыз етеді. Яғни морфологиялық тұтастықтың және ішкі органоидтардың тұрақтылығы сақталады. Ол мембрананың механикалық құрылымына негізделген.

Энергетикалық– митохондрияның ішкі мембраналарында АТФ синтезі, хлоропласт мембранасында фотосинтездеу (өсімдіктерде). Жасушалың ашық жүйесінде ағып жатқан процестер, бір жағынан энергияны жұмсайды, бірақ та жасуша өзі энергияның қорландыруы мен өндіруіне қатысады. Жасуша химиялық энергияны жинайды да (АТФ түрінде), оны химиялық, электрлік, осмотикалықжәне механикалық жұмыстарға трансформациялайды. Биоэнергетикалық және биосинтездік функциялар зат алмасуымен байланысты.

Рецепторлық– механикалық, акустикалық, иіс сезу, жылу рецепциясы.

Мембрана арқылы заттардың тасымалдануымен клеткадағы метаболизм процесі, биоэнергетикалық процесстер, биопотенциалдардың пайда болуы, нерв импульсінің генерациялануы, т.б. тығыз байланысты. Биомембрана арқылы заттардың тасымалданының бұзылуы әр түрлі патологиялық ауруларға әкеліп соғады, оларды емдеу процесі дәрілердің клеткалық мембрана арқылы өтуімен тығыз байланысты. Дәрілік препараттардың эффективтілігі негізінен осы мембрана арқылы олардың өтімділігіне байланысты болады.

Заттардың тасымалдануын анықтауда электрохимиялық потенциал ұғымы маңызды роль атқарады.

Берілген дененің μ_х – химиялық потенциалы деп – сан жағынан Гиббс энергиясына тең осы заттың бір моліне келетін шаманы айтады.

Математикалық түрде химиялық потенциал температура мен қысым және басқа да заттардың мөлшері тұрақты кезде Гиббс энергиясынан (G) заттың K – мөлшері арқылы алынған жеке туындысына тең болады. m₁(ℓ≠k)

 (1)

Араластырылған С-концентрациясы бар заттың ерітіндісі үшін

 (2)

Мұндағы μ₀ – стандарттық химиялық потенциал, ол берілген заттың концентрациясы 1- моль/л ерітіндідегі химиялық потенциалы.

Биологиялық мембрана арқылы заттардың тасымалдануын екі негізгі түрге бөлуге болады.

1. Пассивті 2. Активті

Пассивті транспорт /тасымалдану/ - бұл заттардың электрохимиялық потенциалы көп жерінен оның аз жеріне тасымалдануы.

Пассивті транспорт Гиббс энергиясының азаюымен өтеді. Сондықтан бұл процесс өздігінен ешқандай энергия шығынысыз өте береді.



Пассивті тасымалданудың схемасы

 

Мембрана арқылы өтетін пассивті тасымалданудың негізгі классификациясы мынадай:

Пассивті тасымалдау – жай диффузия мен жеңілдетілген диффузияға және фильтрацияға бөлінеді. Ал жай диффузия 4-ке бөлінеді:

1. Липидті қабат арқылы;

2. Липидті би қабаттағы кеуек арқылы;

3. Белоктық кеуек арқылы;

4. Осмос арқылы өтеді.

Жеңілдетілген диффузия 2-ге бөлінеді:

1. Қозғалғыш (переносчик) тасымалдаушы арқылы;

2. Тұрақталған тасымалдаушы (фиксарованный) арқылы.

Диффузия – молекуланың жылулық қозғалысы арқылы зат мөлшерінің өздігінен концентрациясы көп жерден 2-ші концентрациясы аз жерге орын ауыстыратын процесі. Липидті би қабат арқылы заттардың диффузиясы мембранадағы концентрация градиенті арқылы жүзеге асады. Тасымалданатын зат мөлшерінің ағымының тығыздығы Фика заңы бойынша

 

Биологиялық мембранада диффузияның тағы бір түрі – жеңілдетілген диффузия анықталған. Жеңілдетілген диффузия – тасымалдаушы молекуланың қатысуымен жүзеге асады. Мысалы: валиномицин – калий ионын тасымалдаушы. Валиномицин молекуласы ішкі жағынан полярлы, ал сыртқы жағынан полярлы емес топтармен қапталып, форма жағынан манжетка сияқты болып келеді. Өзінің химиялық құрылысының ерекшелігіне байланысты валиномицин бірден калий ионымен комплекс құруға дайын, олардың молекуласы манжетканың ішкі жағына енеді, екіншіден валиномицин мембрананың липидті фазасында ерігіш, себебі оның сыртқы жағындағы молекулалары полярсыз.

Жеңілдетілген диффузияның – жай диффузиядан айырмашылығы:

1. Тасымалдаушы молекуланың қатысуымен заттың өтімділігі – тасымалдануы анағұрлым тездетіледі.

2. Жеңілдетілген диффузия қанығу қасиетіне ие болады. Мембрананың бір жағындағы концентрация көбейсе зат ағымының тығыздығы белгілі бір шекке дейін өседі, бұл кезде тасымалдаушы барлық молекулалар толып бос болмайды. (3.6.-сурет).

3. Жеңілдетілген диффузия кезінде тасымалданатын заттардың өзара бәсекелестігі конкуренциясы байқалады, яғни әртүрлі заттар тасымалданатын болса олардың ішіндегі біреуі мембранадан жақсы өтеді, қанттардың ішінде глюкоза – фруктозаға қарағанда жақсы өтеді – сіңіріледі – фруктоза – кислозаға, ал кислоза арабиозаға қарағанда жақсы өтеді.

 

Фильтрация – бұл қысым градиентінің әсері арқылы ерітіндінің мембрана кеуектілігіндегі қозғалысы. Фильтрация кезінде тасымалдау жылдамдығы Пуазейль заңына бағынады.

 =  (15)

Мұндағы:

 - ерітіндінің тасымалдануының көлемдік жылдамдығы.

 – гидравликалық кедергі, сонда

 (16)

 - кеуектің ұзындығы

R – кеуектің радиусы

η – ерітіндінің тұтқырлық коэффициенті

∆Р – қысымдар айырмасы

Фильтрация құбылысы – суды қан тамырлары арқылы тасымалдауда маңызды роль атқарады.

Осмос – су молекулаларының жартылай өткізгіш мембрана арқылы зат ерітіндісінің концентрациясы аз жерден, концентрациясы көп жерге дейінгі басымдылық қозғалысын және судың жай диффузиясы кезіндегі оның концентрациясы көп жерінен, концентрациясы аз жеріне дейінгі қозғалысын түсіндіреді. Осмос көптеген биологиялық құбылыстарда маңызды роль атқарады.

Иондық каналдар – бұл жасуша мембранасына иондарды өткізуін қамтамасыз етеді.Ал бұл процесс иондардың қозуы мен жасушаішілік регуляцияның арқасында жүзеге асады. Na+, K+, Са2+, Сl- иондары жасуша ішіне еніп, арнайы сұйықтықпен толтырылған каналдар арқылы сыртқа шығады.Каналдардың өлшемі кішкентай ғана (диаметрі 0,5-0,7 нм).Бұл өлшем каналдардың жасуша мембранасының аз ғана бөлігін алып тұрғанын дәлелдейді. Иондық каналдардың құрылысын әр түрлі эдістермен зерттейді.Ең көп таралған зерттеу түрі кернеудің тіркелімінің әдісі немесе «voltage-clamp».Зерттеудің басты принципі, арнайы электрондық системалардың көмегімен белгіленген аймақта мембрана потенциалын тіркеп анықтау.Ол мембрана арқылы өтетін иондық тоқтың ұзындығын өлшейді.Егер потенциал тұрақты болса,онда ол Ома заңына сәйкес ион өткізгіштігіне прапорционал болады.Жауап беруге деполиризация кезінде каналдар ашылады,содан кейн иондар электрохимиялық градиент бойынша мемьранага енеді.Иондык ток пайда болып жасушаны деполиризациялайды.Мембрана арқылы ұзындығы бірдей электрлік тоқ өткізіледі.Сондай-ақ трансмембраналық айырым потенциалы өзгермейді. Әлуеттің және ион арнаның төл блокаторының тіркелімінің әдісінің бірлескен игерушілігі торша мембранада ион арнаның түрлі үлгісінің ашылымына деген келтірді. Қазіргі кезде әр түрлі иондарға каналдардың көп түрі тіркелген.Олардың ең тиімдісі , екіншісі, негізгі ионнан басқа, ол басқа да иондарды өткізе алады. Жеке каналдардың құрылысын зерттеу потенциалдың локалдық фиксация әдісімен «path-clamp» жүзеге асады.Ол үшін шыны микроэлектродты тұзды тұнбамен толтырып, мембрана жоғарғы бетіне қысылып кішкене зарядталады.Сол уақытта мембрананың кішкене бөлігі микроэлектродқа сорылады. Егер сорылу аймағында иондық канал болатын болса, онда жеке каналдың белсенділігін тіркейді.Жеке каналдың белсенділігін тіркеудің кернеу фиксациясынан айырмашылығы көп емес. Каналдың сыртқы бөлігі зерттеуге тиімді келеді, ал ішкі бөлігін зерттеуде белгілі бір қиындықтар туындайды. П. Г. Костюк жасушаішілік диализ әдісін құрастырды.Бұл әдіс кіріс және шығыс иондвқ каналдарының құрылысын микроэлектродтардың қатысуынсыз тіркеуге мүмкіндік береді.Нәтижесінде, иондықканалдың бір бөлігі , жасушасыртылық ашық кеңістікте һзінің функционалдық құрылысы жағынан каналдың бөлігінен айырмашылығы бар. Осы иондық каналдар мембараны екі негізгі құрылғымен қамтамасыз етеді: Селективті және өткізгіштік. Селективті немесе таңдаушылық , арнаның оның айрықша ақуызды құрылымымен қамсызданады. Арнаның көпшілігі электробасқар- болып табылады, оның иондарды өткізу қабілеті мембрана потенциалдарының ұзындығына байланысты.Канал функционалдық характеристикасы жағынан біркелкі емес , бұл әсіресе ақуыздық құрылысына қатысты. Натрий каналының жұмыс істеу тәртібін мысал ретінде қарастырып көрейік.Тыныштық күйде натрий каналы жабық күйде болады.Белгілі бір дәрежедегі жасуша мембрана депорилизациясы кезінде m- активациялық қақпасы ашылып, натрий Na+ иондарының мембрана ішіне өтуі күшейеді.Бірнеше милисекіндтан кейін m-қақпасы ашылып, n-қақпасы жабылады.Инактивация жасуша клеткасында жылдам жүреді және инактивация дәрежесі деполяризация стимулының ұзындығы мен уақытына тікелей байланысты.

 Электрогенез грек тілінен аударғанда даму дегенді білдіреді.  Электрогенез – тірі клетка ішінде иондардың біркелкі  таралмауын қамтамасыз ететін физика-химиялық процестер жиынтығына негізделген  тірі табиғаттағы әсер потенциалының пайда болуы.  Ыдысты жартылай өткізетін мембранамен бөлеміз және оның екі жағына да концентрациясы әртүрлі бір электролит ерітіндісін құямыз. Мембрана бір  таңбалы ионды ғана өткізсін. Ыдыстың екі жағындағы калий хлоридінің концентрациясы   және , және     . Калий иондары сол жақтағы ыдыстан оң жақтағы ыдысқа  өтеді, ал мембрана арқылы өтпеген хлор иондары  ыдыстың сол жағында қалып қалады. Сондықтан калий иондары оң зарядталған, сондықтан дысытың оң жағында  оң зарядтар көп, ал ыдыстың сол жағындағы калий иондарын жоғалтқан бөлігі теріс зарядталады.  Осы кезде пайда болған электр өрісі калий иондарының ары қарай диффузиялануына  бөгет жасайды да, ол  процесс тоқтайды.  Мембрананың қарама-қарсы жағында калий және хлор иондарынан тұратын  екі электр қабаты пайда болады, ол концентрация градиентіне кері  бағытта.

Сонымен, мембраналық потенциал  температура мен, иондар концентрациясының градиентіне байланысты.  Осы теңдеудегі ерітінділер концентрациясының орнына  олардың белсенділіктерін алуға болады. Себебі электролиттер ерітінділеріндегі иондар бір-бірімен өзар әсерлеседі: олар бірін-бірі тебеді,  бірімен бірі қосылып нейтрал молекулалар түзеді, ол жеке бөлшектердің санын азайтыды және олардың барлығы электрохимиялық  реакцияларға қатыспайды.  Белсенділік- электрохимиялық процестерде иондар концентрациясының белсенділігіне тең шама. Белсенділік

мұндағы - белсенділік коэффициенті.

Мембрана арқылы иондар диффузиясы  тепе-тең болады, оны Доннан тепе-теңдігі деп атайды.

Биологиялық мембраналардың құрылысы мен функциялары кейінгі жылдары зерттелуде.

Биомембраналық тасымалдаудың маңызы және оның атқаратын функциясы өте жоғары. Өйткені организмде өтетін негізгі ассимиляция және диссимиляция үрдістері және көптеген бақса үрдістер осы мембрананың өткізгіштік қасиетіне тікелей байланысты. Ол, әсіресе медицина қызметкерлеріне өте қажет. Мысалға, дәрілік препараттардың организмге әсер етуі және т.б. мәселелер.