БИОФИЗ. Проводящий механизм биологических мембран
 Скачать 66 Kb.
|
 МЕББМ «Казахстанско-Российский Медицинский Университет» Реферат Тема: «Проводящий механизм биологических мембран" Алматы,2022 СОДЕРЖАНИЕ: I. ВВЕДЕНИЕ II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Биологическая мембрана. Структура и функции биологических мембран. Модели биологических мембран Транспорт веществ через биологическую мембрану Биоэлектрогенез в клетках Ионные каналы клеточных мембран III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ IV. ЛИТЕРАТУРА V. ПРИЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ Важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни – нормальное функционирование биологических мембран. Мембраны – неотъемлемый компонент всех клеток. Любая клетка имеет мембраны. И в каждой эукариотической клетке существуют различные органеллы, каждая из которых сама покрыта мембраной. Мембраны ответственны за выполнение многих важнейших функций клетки. Согласованное функционирование мембранных систем — рецепторов, ферментов, транспортных механизмов помогает поддерживать гомеостаз клетки и в то же время быстро реагировать на изменения внешней среды. Самое важное свойство биологической мембраны состоит в ее способности пропускать в клетку и из нее различные вещества. Это играет большую роль для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция биологической мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, то есть способностью пропускать одни вещества и не пропускать другие. Многие важные для организма процессы протекают на клеточных мембранах, поэтому нарушение мембранных процессов – причина многих патологий. Нарушение функций клеточной и внутриклеточной мембран лежит в основе необратимого повреждения клеток и, как следствие, развитие тяжелых заболеваний сердечно-сосудистой, нервной, эндокринной системы. Лечение также во многих случаях связано с возникновением на биологические мембраны. Мембранный транспорт – транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов – простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. 3 1.1 Биологическая мембрана. Структура и функции биологических мембран. Биологическая мембрана – это ультратонкая пленка на поверхности клетки или клеточной органеллы, состоящая из биомолекулярного слоя липидов со встроенными белками и полисахаридами. Структура состоит из белков и липидов. Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивает ее целостность, регулирует обмен между клеткой и средой. Полярные головы молекул фосфолипидов гидрофильны, а их неполярные хвосты гидрофобны. Молекулы фосфолипидов имеют два хвоста. Такая молекула в пространстве имеет форму, похожую на цилиндр Существуют 3 вида биологических мембран: Плазмолемма Внутриклеточная мембрана Базальная мембрана Фосфолипидные молекулы, лишенные одного из хвостов, образуют поры в бислойной мембране, при этом нарушается барьерная функция мембран. Биологические мембраны выполняют следующие функции: Барьерная – обеспечивает селективный, регулируемый, пассивный и активный транспорт веществ; Матричная – обеспечивает определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных ферментов относительно субстратов с целью реализации их оптимального взаимодействия; Механическая – обеспечивает прочность и автономность клетки и внутриклеточных структур. Химический состав биомембраны: Липиды Белки Углеводороды Гликопротеиды Органические вещества Ортофосфорные кислоты 4 1.2 Модели биологических мембран. Элементарные мембраны неустойчивы. В чистом виде элементарные мембраны не встречаются, но они входят в состав миелиновых оболочек аксонов. Модель липопротеинового плетеного коврика молекулы липидов и белков переплетены и более подвижны. Их взаимодействие основано на гидрофильном и гидрофобном показателях. Эта модель так и не объяснила перенос веществ мембраны В 1935г. английские ученые Джеймс Даниэли и Хью Даусон создали унитарную модель мембран. Унитарная модель – из двойного липидного слоя, гидрофобные «хвосты» липидов обращены внутрь мембраны, а их «головы» выходят на поверхность, где они взаимодействуют с внешними мономолекулярными белковыми слоями. Жидкостно-мозаичная модель, создана в 1972 году Сингером и Никольсоном. Жидкостно-мозаичная модель подразумевает состав плазматической мембраны из двух рядов фосфолипидов с множественными включениями белков. Находящиеся на внутренней и внешней поверхности называются периферическими протеинами, расположенные внутри слоя - интегральные протеины. Иногда к белкам и жирам присоединяются углеводы, которые в сумме образуют гликопротеины и гликолипиды. Липиды находятся при физиологических условиях в жидком агрегатном состоянии. Это позволяет сравнить мембрану с фосфолипидным морем, по которому плавают белковые «айсберги».Одним из подтверждений жидкостно-мозаичной модели является тот факт, что, как установил химический анализ, в разных мембранах соотношение между содержанием белков и фосфолипидов сильно варьирует: в миелиновой мембране белков в 2,5 раза меньше, чем липидов, а в эритроцитах, напротив, белков в 2,5 раза больше, чем липидов. 5 1.3 Транспорт веществ через биологическую мембрану Мембранный транспорт - транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов - простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. Пассивный транспорт – это процесс, который не требует затрат энергии, так как перенос мелких водорастворимых молекул и части ионов осуществляется путем диффузии. Основные механизмы пассивного транспорта-переход веществ в клетку или из нее через мембрану и служит основой жизнедеятельности организма. Транспорт веществ обеспечивает присутствие в живых организмах основных градиентов. Виды пассивного транспорта: Простая диффузия Облегченная диффузия Осмос Фильтрация Простая диффузия – самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества вследствие хаотического теплового движения молекул. Простая диффузия осуществляется за счет действия водородных связей, образующихся между молекулами воды и растворенными веществами. Молекулы воды перемещаются внутрь, окружая отдельные молекулы растворенного вещества, что максимизирует образование водородных связей. Облегченная диффузия – происходит при участии молекул-переносчиков. Облегченная диффузия происходит от мест с большей концентрацией переносимого вещества к местам с меньшей концентрацией. Отличия облегченной диффузии от простой: Перенос вещества с участием переносчика происходит значительно быстрее Есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчика 6 Облегченная диффузия обладает свойством насыщения: при увеличении концентрации с одной стороны мембраны плотность потока возрастает лишь до некоторого предела, определяемое вовлечением в этот процесс всех молекул переносчика Осмос – преимущественное движение молекул воды через полупроницаемые мембраны (непроницаемые для растворенного вещества и проницаемые для воды) из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией. Осмос – простая диффузия воды из мест с ее большей концентрацией в места с меньшей концентрацией воды. Фильтрация – движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Явление фильтрации играет важную роль в процессах переноса воды через стенки кровеносных сосудов Активный транспорт – это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением, идет только с затратами внешней энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциaлов, градиенты давления, поддерживающие жизненные процессы. Одна из наиболее изученных систем активного транспорта натрий-калиевый насос. Концентрация K+ внутри клетки значительно выше, чем за ее пределами, а Na+ наоборот. 1.4 Биоэлектрогенез в клетках Биоэлектрогенез - комплекс механизмов, приводящих к генерации биоэлектрических потенциалов.Основы современной мембранной концепции биоэлектрогенеза были заложены Ходжкиным. В основе этой концепции лежат следующие основы: Местом электрогенеза является поверхностная мембрана (на внутриклеточных мембранах тоже могут возникать разности электрических потенциалов, но электрические свойства клетки определяются только электрогенезом на поверхностной мембране). 7 Разность потенциалов на поверхностной мембране имеет ионную природу. Генерация разностей потенциалов на поверхностной мембране обусловлена неодинаковым распределением по обе ее стороны катионов и анионов. Основной вопрос в происхождении биопотенциала - это вопрос о том, как возникает ионная асимметрия на поверхностной мембране. По современным представлениям, здесь действуют активный и пассивный механизмы. Пассивный механизм работает без затрат энергии. В его основе лежат два фактора: 1) разница концентраций ионов по обе стороны мембраны; 2) разная проницаемость мембраны для разных ионов. Оба фактора приводят к тому, что некоторые ионы, двигаясь по градиенту концентрации наружу или внутрь клетки, лучше проникают через мембрану, а другие хуже. Наиболее легко проникает через мембрану в покое К+. Поскольку его концентрация обычно больше внутри клетки, чем снаружи, то он выходит по градиенту концентрации из клетки и заряжает наружную сторону мембраны положительно. Соответственно, внутренняя сторона мембраны оказывается заряженной отрицательно. Так как другие ионы, хотя и в меньшей степени, также могут проникать через мембрану, то возникающий мембранный потенциал будет по своей величине меньше того, который создавался бы только выходом К+, то есть равновесного калиевого потенциала. 1.5 Ионные каналы клеточных мембран Ионные каналы клеточной мембраны имеют огромное значение для жизни клеток. Они обеспечивают обмен клетки с окружающей средой веществом, энергией и информацией, с них начинаются и ими поддерживаются процессы возбуждения и торможения в нервной системе и мышцах, именно они (вместе и другими молекулярными рецепторами) обеспечивают восприятие клеткой внешних сигналов. С помощью ионные каналы происходит передача в клетку управляющих сигналов из окружающей её среды. Именно обеспечивают синаптическую 8 передачу возбуждения от возбуждённого нейрона на другие клетки. Основные свойства ионных каналов: Селективность; Независимость работы отдельных каналов; Дискретный характер проводимости; Зависимость параметров каналов от мембранного потенциала. Селективность – способность ионных каналов избирательно пропускать ионы какого-либо одного типа Независимость работы отдельных каналов. Прохождение тока через отдельный ионный канал не зависит от того, идет ли ток через другие каналы. Дискретный характер проводимости ионных каналов. Ионные каналы представляют собой субъединичный комплекс белков, пронизывающий мембрану. В центре его существует трубка, сквозь которую могут проходить ионы. Зависимость параметров канала от мембранного потенциала. Ионные каналы нервных волокон чувствительны к мембранному потенциалу, например натриевый и калиевый каналы аксона кальмара. Это проявляется в том, что после начала деполяризации мембраны соответствующие токи начинают изменяться с той или иной кинетикой. Структура ионного канала – ион-селективный канал состоит из следующих частей: Погруженная в бислой белковая часть, имеющая субъединичное строение; Селективный фильтр, образованный отрицательно заряженными атомами кислорода, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга и пропускают ионы только определенного диаметра; Воротная часть. Ворота ионного канала управляются мембранным потенциалом и могут находиться как в закрытом состоянии, так и в открытом состоянии. Нормальное положение ворот натриевого канала – закрытое. 9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполненной работы, можно сделать последующие выводы: Биологические мембраны – это функционально активные поверхностные структуры, толщина у которых в несколько молекулярных слоев, которые ограничивают цитоплазму и другие органеллы клетки, они образуют единую внутриклеточную систему канальцев. В составе биологических мембран основными составляющими являются: липиды, белки присутствуют углеводы и вода. ЛИТЕРАТУРА Физика и биофизика: В. Ф. Антонов, Е. К. Козлова, А. М. Черныш, ГЭОТАР-Медиа, 2019 г. В. О. Самойлов, Медицинская биофизика, Санкт-Петербург, 2007 г. Биофизика: В. Ф. Антонов, А. М. Черныш, В. И. Пасечник, С. А. Вознесенский, Е. К. Козлова, «Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС», 1999 Сайт https://biologydictionary.net/ Сайт http://www.bibliotekar.ru/447/7.htm 10 |