биофизика. БИОФИЗИКА СРСП №1. Реферат "Проводящий механизм биологических мембран"
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
СРСП №1 Реферат “Проводящий механизм биологических мембран” Подготовил: Нуртазин А. Курс: 1 Факультет: Общая медицина Группа: 115-Б Проверил: Уразакынов Д. К. Алматы, 2022 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………….3 1. Понятие “биологическая мембрана” и классификация мембран................................................................................................4 2. Строение биологических мембран…………………………………5 3. Биофизические свойства биологических мембран………………..6 4. Механизм транспорта частиц через мембрану…………………….7 5. Механизм работы активного транспорта на примере натрий-калиевого насоса…………………………………………………………………10 Заключение………………………………………………………………….11 Список использованной литературы………………………………………11 2 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы: важнейшими свойствами биологической мембраны как предмета изучения биологической и медицинской физики являются ее проводящие механизмы. Концепция транспорта частиц через полупроницаемую мембрану объясняется физическими законами и лежит в основе ряда физиологических процессов, таких как проведение потенциала действия, клубочковая фильтрация, клеточное и тканевое дыхание, автоматия сердца, обеспечение клеточного иммунитета, метаболические реакции. Все вышеперечисленные и всевозможные прочие процессы жизнедеятельности являют собой предмет исследования ряда медицинских дисциплин, например нормальной и патологической физиологии, изучаемых на старших курсах. В связи с этим фактом, понимание свойств, строения, проводящих механизмов мембраны – один из многочисленных отрезков пути к пониманию функционирования организма человека. Цель реферата – исследовать проводящий механизм биологических мембран, объяснить процессы с биологической и физической точки зрения. Реализация данной цели требует выполнения нижеследующих задач: - дать определение термину “биологическая мембрана”. - характеризовать строение мембраны. - выявить взаимосвязь между строением, свойствами и выполняемыми функциями элементов мембраны. - оценить роль структур мембраны в проводящих механизмах. - охарактеризовать суть транспорта частиц через мембрану. 3 Понятие “биологическая мембрана” Структура, ограничивающий биологический объект от окружающей среды и осуществляющий избирательный транспорт частиц, называется биологической мембраной. Согласно теории химической эволюции Опарина, жизнь зародилась тогда, когда клетка смогла отгородиться мембраной, оболочкой от окружающего мира и обрести автономию, с условием поступления и выделения частиц через мембрану. Классификация мембран В организме человека существует 3 типа мембран: клеточные мембраны, или плазмалеммы; мембраны внутренних органоидов клеток; и базальные мембраны внутренних тканей. Всех их объединяет единый набор свойств, сходства строения и схожие выполняемые функции. Клеточная мембрана, она же плазмалемма, или цитолемма – оболочка клетки. Является каркасом клетки, органоид, наряду с цитоплазмой, присущий любой клетке любого организма. При ее повреждении содержимое клетки обыкновенно растекается, а диффузия частиц приводит к термодинамическому равновесию, невозможности поддержания автоматии, и соответственно гибели. 4 С нарушением строения и функций мембран клеток организма связаны такие заболевания и симптомы, как низкая реакционная способность, олигофрения и слабоумие, атеросклероз, анемия, отравления. Мембраны внутренних органоидов клетки: митохондрий, ядра, эндоплазматического ретикулума, лизосом и пр. – ограничивают внутреннюю среду органоидов от цитоплазмы. Через них также происходит транспорт частиц. Ядерная мембрана называется кариолеммой, а митохондриальная мембрана имеет двойное строение. Базальные мембраны присущи внутренним органам и отделяют соединительные ткани, входящие в их структуру от иных видов тканей: базальные мембраны Шванновских клеток, сосудов, брюшина. Строение биологических мембран Представления о строении мембраны прошли два этапа: 1) унитарная модель мембраны была предложена Даниэлем и Давсоном в 1935 г. По их представлениям, мембрана представляла собой билипидный слой – молекулы липидов 5 накладывались друг на друга, взаимодействуя гидрофобными “хвостами”, отделяясь от сред с двух сторон своими гидрофильными “головками”. Уже тогда ученые знали, что в состав мембраны входят транспортные белки, которые, согласно унитарной модели мембраны, располагались периферийно – поверхностно относительно билипидного слоя. 2) жидкостно-мозаичная модель: согласно ей, белки в мембране подразделяются на периферийные, полуинтегральные и интегральные, каждый из которых выполняет определенный вид транспорта частиц. Вид липидов варьируется в зависимости от типа мембраны: в состав клеточных мембран, плазмалемм, входят фосфолипиды; базальных мембран – стероиды; мембран внутренних органоидов – гликолипиды. Биофизические свойства мембран Липиды мембраны находятся в жидкокристаллическом состоянии. Мембранные липиды и белки обладают большой подвижностью, то есть, способны диффундировать вследствие теплового движения. Если перемещение их молекул происходит в пределах одного мембранного слоя, то такой процесс называется латеральной, или боковой диффузией; если же их молекулы 6 перемещаются из одного слоя мембраны в другой, то процесс называется «флип-флоп»-переход. Мембрана видна в электрический микроскоп и имеет толщину в 5-15 нм. Мембраны имеют высокое удельное электрическое сопротивление и способны генерировать электрические импульсы, что лежит в основе проведения потенциала действия и обуславливается проводящими механизмами, связанными с транспортом определенных ионов. Механизм транспорта частиц через мембрану Транспорт частиц – важнейшее свойство мембраны. Осуществляется он всеми всеми видами белков, собственно билипидным слоем Транспорт частиц делится на две категории в зависимости от участия в процессе энергии АТФ: пассивный действует по принципам диффузии и не требует энергии химических связей, активный способен противостоять термодинамическим законам и обязательно расходует энергию АТФ. 7 Виды и механизмы пассивного транспорта: 1) Простая диффузия обуславливается лишь градиентом концентрации – разницей содержания переносимых частиц по обе стороны мембраны. Путем простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O 2 , N 2 , бензол) и полярные низкомолекулярные молекулы (CO 2 , H 2 O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (углеводы, липиды), заряженные частицы – ионы и аминокислоты, и макромолекулы (НК, белки). Может осуществляться через порины – интегральные белки; непосредственно через билипидный слой – исключительно липофильные, то есть гидрофобные частицы – стероиды. 2) Облегченная диффузия происходит через полуинтегральный белок- переносчик, называемый ионофором. Заряженная частица (ион) или полярная молекула (сахариды, аминокислоты) взаимодействует с белком и воздействует на его структуру, изменяя конформацию, что как бы подталкивает частицу или молекулу по другую сторону мембраны. 3) Осмос – процесс в растворе, самопроизвольный перенос частиц растворителя через мембрану с отделением от них частиц растворенного вещества. Направление осмоса противоположно направлению диффузии. Осмос действует по принципу Ле Шателье о химическом равновесии. 4) Фильтрация – процесс в растворе, чаще всего индуцированный перенос частиц растворенного вещества с отделением от растворителя. Имеет направление, аналогичное диффузии. Фильтрация имеет место во многих физиологических процессах. 8 Выделение частиц также осуществляется посредством пассивного транспорта. Механизмы активного транспорта осуществляются при помощи энергии АТФ и происходят по направлению против градиента концентрации при помощи ионных каналов. Виды активного транспорта: 1) Первично-активный транспорт – происходит посредством работы переносчиков АТФ, АТФаз, например Na + /K + -АТФаза. Используется в механизме работы натрий-калиевого насоса, кальциевого насоса, водородной помпы. Первые двое участвуют в проведении потенциала действия через нервные волокна и его формирование, последний является важнейшим звеном в синтетическом аппарате АТФ митохондрий. 2) нервные синапсы, а последний – важнейший элемент синтетического аппарата митохондрий. 3) Вторично-активный транспорт происходит за счет градиента концентраций других ионов и за счет действия электрохимического потенциала. Существует три разновидности вторично-активного транспорта: - антипорт: происходит транспорт одноименно заряженных ионов в разные стороны. - унипорт: однонаправленный ток частиц любого заряда по направлению против градиента концентрации. Так транспортируются, например, аминокислоты. - симпорт: транспорт разноименно заряженных ионов в одну сторону. Так, например осуществляется всасывание глюкозы в кишечнике. При этом обязателен факт создания электрохимического градиента транспортом одной 9 частицы, посредством которого транспортируется другая частица. Механизм работы активного транспорта на примере натрий- калиевого насоса Na + /K + -АТФаза была открыта Йенсом Скоу в 1957 году. При помощи антипорта происходит распределение ионов натрия и калия в составе натрий-калиевого насоса: три катиона натрия, находящегося в избытке в составе клетки выбрасывается наружу, а дефицитные для клетки два иона калия – устремляются внутрь клетки. Во внеклеточной среде создается избыток ионов натрия, что делает наружный слой мембраны положительно заряженным, а в цитоплазме клетки создается избыток ионов калия, что приводит к отрицательному заряду внутреннего слоя. Данные явления называются изменением мембранного потенциала и приводят к генерации потенциала действия – нервного импульса. 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исходя из всего вышесказанного, напрашивается логический вывод о том, что важнейшим физиологическим и биофизическим свойством биологической мембраны является ее способность к проведению частиц, участие в клеточном транспорте. Данные механизмы обусловлены особенностями строения и структуры проводящих элементов мембраны, лежат в основе жизненно необходимых физиологических процессов, без которых не существовало бы жизни. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1) Википедия - свободная энциклопедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D0%BB%D0%B 0%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D1%80%D0 %B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0 2) Лекция по биофизике “Биофизика клеточных мембран. Транспорт веществ через мембраны”: https://drive.google.com/file/d/1iDOzUpjxhOJ3XoargyJ6ngvpZFXHblew/vie w 3) А. Н, Ремизов “Медицинская и биологическая физика”, 4-ое издание, 2018 г. 4) Сайт медицинского вуза: http://client.studmedlib.ru/ 11 |