Биологиялық мембраналар. Құрылымы, қасиеттері және оларды оқыту жолдары презентация

Әдебиеттер:
1. Арызханов Б.,Биологиялық физика,1990 ж.
2. Кошенов Б.К. Медициналық биофизика, ,2011г.
3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика, Киев, 2004г с..
4. Ремизов А.М. Медицинская и биологическая физика, М.,2010г.
5. Антонов В.Ф. Биофизика, М., 2006 г.

№1 дәріс.
Тақырыбы:Биологиялық мембраналар. Құрылымы, қасиеттері және оларды оқыту жолдары

Биофизика – тірі ағзаларда
өтетін физикалық және физика-химиялық құбылыстарды қарастыратын, зерттеудің жаңа физикалық әдістерін қолдануға және тәжірибелерге негізделінген іргелі пәннің бірі.

Биофизиканың негізгі бағыты:
- Жасушалар биофизикасы.
- Кванттық биофизика.
- Сезімтал мүшелерінің биофизикасы
- Күрделі жүйелердің биофизикасы

«Жасушалар биофизикасы»:
Жасуша және жасушааралық құрылымның физика – химиялық қасиетін
Зат және энергия алмасу заңдылықтарын
Жасуша қызметінің физикалық механизмі
(биопотенциалдың пайда болуын, бұлшық еттердің жиырылуын, нерв импульстарының таралуын және т.б.) үйретеді.

Жасуша

Биологиялық мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядроБиологиялық мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрииБиологиялық мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластарБиологиялық мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), ақуызды-липидтік құрылымды жұқа қабықша.

Биологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік ақуыздар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндерБиологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік ақуыздар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады.

Мембраналық ақуыздар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді.

Биологиялық мембраналар:
Жасушаны сыртқы қоршаған ортадан шектейді және сыртқы ортаның кері әсерінен қорғайды
Жасуша мен оны қоршаған ортаның арасындағы зат алмасуды басқарады
Электрлік потенциалдардың пайда болуына ықпал етеді
Митохондриядағы АТФ энергиясын синтездеуге қатынасады

Биологиялық мембрананың түрлері:
Плазмолемма (жасушаның сыртқы қабаты)
Жасушаішілік мембраналар
Базальды мембрана

Плазмалық мембрана (плазматическая мембрана) — жасуша қабықшасы — плазмолемманың негізін құрайтын билипидті-протеинді құрылым, қалындығы 6-10 нм. Екі қабатты липидті мембрана құрамына фосфолипидтер, сфингомиелиндер, холестерин кіреді. Плазмалық мембрананы құрауға билипидті қабатпен байланысқан интегральды, жартылай интегральды және шеткі протеиндер молекулалары енеді. Плазмалық мембрананы 40% липид, 60% протеиндер құрайды.

Плазмалық мембрананың құрылымы

Жасушаның протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана жасушалық мембрана деп аталады.
Жасушалық мембрана қос қабатты ақуызды-липидті молекулалардан тұрады.

Базальды мембрана гликолипидтер мен ақуыздардан тұрады және қанның құрамындағы қоректік заттардың ұлпаға, жасушаға енуін қамтамасыз етеді.

Мембрана негізінен үш маңызды қызмет атқарады
Матрицалық
Барьерлік
(кедергілік)
әртүрлі қызмет атқарушы ақуыздарды ұстап тұрушы және өзара орналасуын, қалпын сақтайды
Жасушалар мен жеке бөліктерге керексіз бөлшектердің еніп кетуінен қорғайды
Мысалы, улы зат ішкен кезде.
Механикалық

Мембраналардың қалыңдығы бірнеше нм
(5-10 нм) шамасында, сондықтан оны оптикалық микроскоппен емес, электрондық микроскоппен ғана көруге болады

Мембрана жасушаның автономдығын, заттың тасымалын, тыныс алу функциясын және т.б. анықтайды.
Мембрананың екі жағында қышқылдылық, температура, заттың ерітілген концентрациясы, электрлік потенциалы және т.б. бірдей емес.

- Фосфолипидтердің екі қабаты
- Липид молекулалары гидрофилды бастан және гидрофобты құйрықшаны түзейді
- Билипидты қабатына ақуыз молекулалары, гликопротеиндер мен көмірсулар батырылған.
Мембрананың құрылысы

Құрылымы:
Басы
Денесі (мойны)
құйрықшалары

Мембрананың химиялық құрамы:
липидтер;
ақуыздар;
көмірсулар;
гликопротеидтер (көмірсулардың ақуыздармен байланысы);
органикалық заттар .

Мембраналық липидтер 3 негізгі топқа бөлінеді:
фосфолипидтер
гликолипидтер
стероидтар

Фосфолипид
Құрамы:
Полярлы (гидрофильді) - (басы және денесі);
Полярлы емес (гидрофобты) - (құйрықшалары)

Химиялық құрамы
Басы – азотты (этаноламин, холин) және азотты емес (серин, инозин, треонин) негіздерінен құралған. Ортофосфорлы қышқылдардың әсерінен басы денесімен байланысады.
Денесі глицериннен немесе сфингозиннен (қанықпаған аминспиртінен) тұрады.
Құйрықшалары полярсыз май қышқылдарының СН тізбегінен тұрады.

Мембрананың майлы қабатының 40 90%-ын глицерин немесе сфингозин туындылары, фосфолипидтер алып жатады.

Поярлы бастары
Полярсыз құйрықшалар
холин
фосфат
Глицерин

Бастары
Глицерин
Май қышқылды
құйрықшалар

Кез келген мембрананың негізін екі қабаттық липидтер
(көбінесе фосфолипидтер) құрайды.

Мембрананы құрайтын фосфолипид молекулалары амфипатикалық қосынды болып келеді.
Қызметі жағынан:
Полярлық (гидрофиль) “бастары”
Гидрофобты “құйрықша”

Екі қабатты фосфолипидтер

Фосфолипидтер екі майлықышқыл қалдықтан тұрады.
Мұндай липидтер цилиндр пішінді болады.
Егер бір май қышқылының біреуі болмаса, онда конус пішін алады.

Су ерітіндісінде липидтер мицелла, ал мембранада – гидрофилді саңылаулар түзейді
Мицелла құрылысы

Мембраналық липидтер

Екі қабатты липидтік қабат екі жеке моноқабаттардан құрылады
Гидрофобты “құйрықшалары” ішке бағытталады.
Бұл кезде молекуланың гидрофобтық бөліктерінің сумен жанасу беті ең аз болады

Бастары
СУ
Құйрықшалары
СУ

Фосфолипидтердің тығыздығы фосфолипидтер құрамына қандай май қышқылдарының енуіне байланысты болады.

Гликолипидтер
Көмірсулар байланысы мен ақуыздардан тұрады.

Стероидтар
Стероид-холестирин фосфолипидтті биқабаттарға енуге қабілетті.
Стероид – холестерин –мембрана тығыздығына әсер етеді. БМ –да холестериннің көбеюі мембрананың тығыздығын арттырып, заттар үшін өтімділігін азайтады.

Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер 20 ғасырдың басында белгілі болды.
1902 ж. неміс ғалымы Э. Овертон мембрананың құрамында май тектес заттар болады деген пікір айтты.
1926 ж. америкалық биологтар Э. Гортер мен Ф.Грендел адам эритроцитінің қабықшасынан сол затты бөліп шығарды.

Биологиялық мембрананың моделі
1931 жылы Н.Девсон және Р.Даниелли
сэндвич (бутерброд) моделін
ұсынды.

Биомембраның «Бутерброд моделі» :
1 – ақуыздар (белоктар),
2- бимолекулалық фосфолипидтердің моноқабаты

1982 жылы ұсынылған Синджер мен Никольсонның сұйықтық – мозаикалық моделі кеңірек тараған.
Мембрананың сұйық мозаикалық моделінің негізіне - липидтік биқабатты мембрана алынған.
Бұл – фосфолипидтік негіз ішінде жартылай батып, қалқып жүрген ақуыздары бар еріткіш тәріздес.

Биомембраның мозаикалық моделі :
1- ақуыздар, 2- липидтер

Мембраналық ақуыздардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады.

Мембрана көптеген әртүрлі ақуыздардан тұрады.
Бір ақуыздар мембрананың беткі жағында орналасса (перифериялық немесе шеткері), басқалары мембрананы тесіп өтеді (интегралдық).

Бұлар сұйық күйде болғандықтан кейбір ақуыздар (шеткейлі түрлері) қалқып немесе малынып (бірлестіруші түрлері), мембрананың екі бетіне ұштары шығып тұрады. Шеткейлік ақуыздардың бәрі түгелдей энзимдік (ферменттік) қызмет атқарады. Мембрананың қабылдағыштары мен антитектері бірлестіруші және шеткейлік ақуыздардан құралған.

Мұндағы 1-беттік ақуыздар; 2- жартылай батқан ақуыздар; 3-толық батқан ақуыздар; 4-иондық канал жасаушы ақуыздар; 5-канал .

Мембраналық ақуыздар

Осы ақуыздардың есебінен толықтай және жартылай мембрананың мынадай қызметі жүзеге асады:
өтімділігі
мембрана арқылы белсенді өту
электрлік потенциалдың түрленуі және т.б.

Мембраналық ақуыздар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриядағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді.

Мембраналардың нақты құрылымы мен қасиеттерін оқып үйрену мембрананың физико – химиялық моделін (жасанды мембрана) пайдаланғаннан кейін ғана мүмкін болды. Олардың ішінен үшеуін ғана қарастырамыз.

1-ші моделі
мембрананың физикалық-химиялық моделі
су-ауа немесе су-май аралығындағы фосфолипидтердің моноқабаттарын қарастырайық

Фосфолипидтер молекулалары өздерінің гидрофильді бастарын суға, ал гидрофобты “құйрықшаларын” ауаға немесе майға қаратып орналасады. Моноқабаттың ауданын біртіндеп азайтса, ол мембрананың биқабаттарының біреуіндей ғана орын алады

Биомембрананың 2-ші моделі
Бұл модельде БМ моделі ретінде липосома қарастырылады.

Липосомалар
толығымен ақуыздық мембраналардан тазаланған БМ тәріздес

БМ 3-ші моделі- билипидтік мембрана (БЛМ)
Бірінші рет бұл модель 1962 ж. П. Мюллер және оның әріптестерімен жасалды.

Мембрананың екі жағына электрод орналастырып, мембрананың кедергісін немесе потенциалды өлшеуге болады
Егер алдын ала мембрананың екі жағына екі түрлі зат ерітіндісін орналастырса, онда мембрананың әр түрлі заттар үшін өтімділігін анықтауға болады

Мембрананың қасиеттері мен параметрлері
Мембрана молекулаларының қозғалғыштығы мен мембрана арқылы жүретін бөлшектер диффузиясы оның билипидті қабатының сұйық зат тәріздес екендігін дәлелдейді
Екінші жағынан алғанда мембрана реттелген жүйе
Осы екі фактор сұйық-кристалдық күйде болатындығын нақтылайды

Мембрананың липидтік қабатының тұтқырлығы 30-100мПа*с, яғни судың тұтқырлығынан үлкен, ал өсімдік майының тұтқырлығына шамалас
Беттік керілуі 0,03-1мН/м (судыдікінен 2-3 дәрежедей кіші)

Т өзгергенде кезде фазалық ауысулар орын алады: қыздырылған кезде липидтердің балқуы, ал керісінше де кристалдануы
Фазалық ауысулар энергия алмасуға байланысты, яғни температура өсірілген кездегі жылу сиымдылықтың өзгеруіне байланысты болады

Мембрана құрылымы туралы жалпы мәліметтер рентгенқұрылымдық және рентгенспектрлік анализдер, электропарамагниттік және ядролық магниттік резонанс, люминесценттік анализ әдістерімен алынған. Осы әдістерді қолдану нәтижесінде жасушаның барлық бөліктеріндегі биологиялық мембрана табиғатының ұқсас болатыны анықталды.

Бақылау сұрақтары (кері байланыс):
Биологиялық мембраналардың қандай түрлері және атқаратын қызметі
Мембраналық липидтердің түрлері
Мембраналық ақуыздардың түрлері мен қызметтерін ата.
Мембранадағы фазалық ауысулар қалай жүзеге асады
Жасанды мембраналар
Мембраналар құрылымын зерттеудің қандай әдістері сіздерге белгілі.