Биологические мембраны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Биологические мембраны

1. Классификация

1. Мембрана состоит из двойного слоя липидных молекул Гидрофильные, полярные части молекул (головку) располагаются снаружи мембраны, гидрофобные, неполярные части ( хвостовые ) - внутри.

2.В липидный биослой мозаично встроены мембранные белки. Одни из них проходят через мембрану насквозь (их называют интегральными) другие располагаются на внешней или внутренней поверхности мембраны (их называют периферическими).

3. Липидная основа мембраны обладает свойствами жидкости (типа жидкого масла) и может менять свою плотность. (Вязкость мембраны зависит от состава липидов и температуры. (В связи с этим, мембранные белки и сами липиды могут свободно двигаться по мембране и внутри её. Это очень важное свойство мембраны, обеспечивающее выполнение мембраной множества функций.

4. Мембраны большинства внутриклеточных мембранных органоидов имеют принципиальное сходство с плазматической мембраной.

5. Несмотря на общность строения мембран всех клеток, состав белков и липидов в каждом виде клетки и внутри клетку различен, (различен также состав наружного и внутреннего липидных слоёв.

2. Функции

1. Энергетическая (синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий)

2. Защитная (протекает благодаря избирательной проницаемости)

3. Рецепторная механическая, акустическая, обонятельная, зрительная,

Химическая, терморецепция.

4. Матричная функция обеспечивает взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает их оптимальное взаимодействие (взаимодействие мембраны и ферментов ).

5. формообразующая.

3. Модель сэндвича или бутерброда

В1930 году Юэвсом и Юаниэли была предложена модель сэндвича или бутерброда.

Липидная фаза - сердцевина, вокруг неё располагаются белки. Модель существовала недолго, её посчитали « щеткой», поскольку она не объясняла перенос веществ. Была отвергнута.

4. Липидная фаза

Липидная фаза представлена двумя слоями молекул - фосфолипидов и сфинголипидов, а также холестерин и его производные. Бислой жидкий, но структурированный. Вязкость фазы зависит от наличия холестерина. Молекула фосфолипида поляризована, т.е. разное отношение к воде. Имеет гидрофильную головку и два гидрофобных Хвоста. Молекулы ориентированы головками наружу, а хвостами обращены друг к другу. Обладают латеральной подвижностью. Сфинголипиды отличаются наличием основания с длинной разветвлённой цепью.

Мозаичная фаза представлена белками, которые интегрированы как мозаика на разных уровнях за счёт гидрофильных, гидрофобных и ионных взаимодействий.

Интегральные белки пронизывают всю толщу липидной фазы и представляют собой ионный канал, содержащий белки-ферменты АТФ фазы. АТФ фаза выполняет функцию расщепления молекул АТФ и высвобождение энергии для переноса ионов

Интегральные белки заякорены за счёт гидрофобных и гидрофильных связей с ионами. Изменяя свою третичную структуру, белки выполняют функцию переносчиков крупных молекул.

Периферические белки лежат рыхло на поверхности липидной фазы за счёт ионной связи. Обладают рецепторной функцией, заложены рецепторы гистосовместимости ( важно при трансплантации ).

Типы мембран:

· Плазматическая

· Ядерная

· Эндоплазматический ретикулум

· Мембрана митохондрий

· Возбудимые мембраны

· Мембраны вирусов

· Мембраны бактерий

· Мембрана хлоропластов

· Аппарат Гольджи

5. Трансмембранный перенос

Виды переноса: Пассивный транспорт происходит путём простой диффузии 1 по концентрационному градиенту без использования специальных молекул и затрат энергии.

Катализирующий транспорт происходит с помощью белков-переносчиков ( полуинтегральные белки мембраны ). Перенос осуществляется за счёт измененияттретичной структуры; количеством специальных белковых комплексов, каналов,насосов, рецепторов.

Активный транспорт происходит с помощью ионных каналов.

Неполярные вещества

Холестерин и его производные- свободно протекают, поэтому рецепторы неполярных молекул расположены внутри клетки.

Полярные вещества

Белки и ионы не могут проникать через биологические мембраны, поэтому рецепторы пептидных гормонов встроены в плазматическую мембрану, а передачу сигнала другим клеточным компартментам осуществляют иные посредники.

Трансмембранный перенос полярных соединений делают специальные системы, встроенные в биологические мембраны.

Рецепторную ф-цию мембраны осуществляет гликопротеиды - углеводные части в гликокаликсе. Форму и подвижность мембраны обеспечивают фибриллярные и тубулярные белки под мембранным слоем.

Трансмембранная избирательная проницаемостъ поддерживает:

- Клеточный гомеостаз

- Содержание в клетке ионов

- Вода, ферменты, субстраты

6. Модель липопротеинового 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.

7. Жидкостно-мозаичная модель

В 1972 году Синджер и Николсон разработали жидкостно- мозаичную модель. Представлена двумя фазами:

- Жидкая ( липидная, бислой )

- Мозаичная ( белки, интегрированные на разных уровнях)

В основе взаимодействия лежат гидрофильные и гидрофобные взаимодействия.

Пассивный транспорт

Виды пассивного и активного транспорта веществ через мембрану.

1,2 -- простая диффузия через бислой и ионный канал,

3 -- облегченная диффузия,

4 -- первично-активный транспорт,

5 -- вторично-активный транспорт.

Пассивный перенос веществ через клеточные мембраны не требует затраты энергии метаболизма.

Виды пассивного транспорта веществ:

· Простая диффузия

· Осмос

· Диффузия ионов

· Облегченная диффузия

Облегченная диффузия

Через биологические мембраны кроме воды и ионов путем простой диффузии проникают многие вещества (от этанола до сложных лекарственных препаратов). В то же время даже сравнительно небольшие полярные молекулы, например, гликоли, моносахариды и аминокислоты практически не проникают через мембрану большинства клеток за счет простой диффузии. Их перенос осуществляется путем облегченной диффузии.

Облегченной называется диффузия вещества по градиенту его концентрации, которая осуществляется при участии особых белковых молекул-переносчиков.

Транспорт Na⁺, K⁺, Сl^-, Li⁺, Ca²⁺, НСО₃^- и Н⁺ могут также осуществлять специфические переносчики.

Характерными чертами этого вида мембранного транспорта являются высокая по сравнению с простой диффузией скорость переноса вещества, зависимость от строения его молекул, насыщаемость, конкуренция и чувствительность к специфическим ингибиторам -- соединениям, угнетающим облегченную диффузию.

Все перечисленные черты облегченной диффузии являются результатом специфичности белков-переносчиков и ограниченным их количеством в мембране. При достижении определенной концентрации переносимого вещества, когда все переносчики заняты транспортируемыми молекулами или ионами, дальнейшее ее увеличение не приведет к возрастанию числа переносимых частиц -- явление насыщения. Вещества, сходные по строению молекул и транспортируемые одним и тем же переносчиком, будут конкурировать за переносчик --явление конкуренции.

Различают несколько видов транспорта веществ посредством облегченной диффузии:

Унипорт, когда молекулы или ионы переносятся через мебрану независимо от наличия или переноса других соединений (транспорт глюкозы, аминокислот через базальную мембрану эпителиоцитов);

Симпорт, при котором их перенос осуществляется одновременно и однонаправленно с другими соединениями (натрий- зависимый транспорт Сахаров и аминокислот Na⁺ K⁺, 2Cl^- и котран-спорт);

Антипорт -- (транспорт вещества обусловлен одновременным и противоложно направленным транспортом другого соединения или иона (Na⁺/Ca²⁺, Na⁺/H⁺ Сl^-/НСО₃^- -- обмены).

Симпорт и антипорт -- это виды котранспорта, при которых скорость переноса контролируется всеми участниками транспортного процесса.

Природа белков-переносчиков неизвестна. По принципу действия они делятся на два типа. Переносчики первого типа совершают челночные движения через мембрану, а второго -- встраиваются в мембрану, образуя канал. Промоделировать их действие можно с помощью антибиотиков-ионофоров, переносчиком щелочных металлов. Так, один из них -- (валиномицин) -- действует как истинный переносчик, переправляющий калий через мембрану. Молекулы же грамицидина А, другого ионофора, встаиваются в мембрану друг за другом, формируя «канал» для ионов натрия.

Большинство клеток обладают системой облегченной диффузии. Однако перечень метаболитов, переносимых с помощью такого механизма, довольно ограничен. В основном, это сахара, аминокислоты и некоторые ионы. Соединения, являющиеся промежуточными продуктами обмена (фосфорилированные сахара, продукты метаболизма аминокислот, макроэрги), не транспортируются с помощью этой системы. Таким образом, облегченная диффузия служит для переноса тех молекул, которые клетка получает из окружающей среды.

Активный транспорт

мембрана клетка липопротеиновый жидкостный

Активный транспорт осуществляется транспортными аденозинтрифосфатазами (АТФазами) и происходит за счет энергии гидролиза АТФ.

На рис. представлены виды пассивного и активного транспорта веществ через мембрану.

1,2 -- простая диффузия через бислой и ионный канал,

3 -- облегченная диффузия,

4 -- первично-активный транспорт,

5 -- вторично-активный транспорт.

Виды активного транспорта веществ:

· первично-активный транспорт,

· вторично-активный транспорт.

Размещено на Allbest.ru