Быстрый поиск

Реферат: Физикохимия проницаемости биологических мембран

Московская Медицинская Академия им. И. М. Сеченова

Кафедра Общей Химии

Реферат

Тема: Физико-химия проницаемости биологических мембран

Руководитель: С. В. Кондрашев.

Студент: Иван Корноухов

66 группа 1 курса МПФ

2000 год.

Физико-химия проницаемости биологических мембран

План реферата:

I. Основные факты о строении клеточной мембраны. ....................стр. 2

1.1. Мембраны (общая характеристика). Липиды мембран. ...........стр. 2

1.2. Белки мембран. ............................................................................стр. 3

1.3. Углеводы мембран. ......................................................................стр. 4

1.4. Свойства мембран. ......................................................................стр. 5

II. Перенос молекул через мембрану. ................................................стр. 5

2.1. Пассивный транспорт. Простая диффузия. ...............................стр. 5

2.2. Облегченная диффузия. ...............................................................стр. 7

2.3. Принципы работы белка-переносчика. ......................................стр. 7

2.4. Фильтрация. .................................................................................стр. 10

2.5. Активный транспорт. ( Na + K )-насос. .....................................стр. 10

2.6. Роль ( Na + K )-насоса в поддержании допустимого

осмотического давления в клетке. ..............................................стр. 11

2.7. Транспорт за счет ионных градиентов. Симпорт, антипорт. ...стр. 12

2.8. Транспорт, путем векторого переноса групп. ...........................стр. 12

2.9. Сквозной транспорт веществ через клетки кишечника. ...........стр. 12

2.10. Обменники. Регулировка pH. .....................................................стр. 13

2.11. Взаимодействие некоторых гормонов с клеткой. .....................стр. 13

2.12. Ионные каналы. ..........................................................................стр. 13

III. Заключение. ...................................................................................стр. 17

IV. Список использованной литературы. ..........................................стр. 18

Основные факты о строении клеточной мембраны.

1.1. К клеточным мембранам относятся плазмолемма, кариолемма, мембраны митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом. Общей чертой всех мембран клетки является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеиновой природы, (липиды в комплексе с белками). Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (40%) и белки (60%); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы (5-10%). Плазматическая мембранна окружает каждую клетку, определяет ее размер и обеспечивает сохранение различий между содержимым клетки и внешней средой. Мембрана служит высокоизбирательным фильтром и отвечает за активный транспорт веществ, то есть, поступление в клетку питательных веществ и вывод наружу вредных продуктов жизнедеятельности. Наконец, мембрана ответственна за восприятие внешних сигналов, позволяет клетке реагировать на внешние изменения. Все биологические мембраны представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий.

Основу любой молекулярной мембраны составляют молекулы липидов, образующих бислой. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов в разных мембранах неодинаков. Например, плазматическая мембрана, в отличие от мембран эндоплазматической сети и митохондрий обогощена холестерином. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины и из стероидных липидов – холестерин.

Особенностью липидов является разделение их молекул на две функционально различные части: гидрофобные неполярные, не несущие зарядов («хвосты»), состоящие из жирных кислот, и гидрофильные, заряженные полярные «головки». Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные (билипидные) мембранные структуры толщиной 5-7 нм.

Первые опыты, подтверждающие это, были проведены в 1925 году. Формирование бислоя является особым свойством молекул липидов и реализуется даже вне клетки. Важнейшие свойства бислоя: - способность к самосборке - текучесть - ассиметричность.

1.2. Хотя основные свойства биологических мембран определяются свойствами липидного бислоя, но большинство спецефических функций обеспечивается мембранными белками. Большинство из них пронизывают бислой в виде одиночной альфа-спирали, но есть и такие, которые пересекают его несколько раз. Многие мембранные белки состоят из двух частей – участков, богатых полярными (несущими заряд) аминокислотами: глицином, аланином, валином, лейцином. Такие белки в липидных слоях мембран располагаются так, что их неполярные концы как бы погружены в «жирную» часть мембраны, где находятся гидрофобные участки липидов. Полярная (гидрофильная) же часть этих белков взаимодействует с головками липидов и обращена в сторону водной фазы. Эти белки как бы пронизывают мембрану, их называют интегральными белками мембран. Кроме интегральных белков, существуют белки, частично встроенные в мембрану – полуинтегральные и примембранные, не встроенные в билипидный слой. По биологической роли белки мембран можно разделить на белки-ферменты, белки-переносчики, рецепторные и структурные белки. С помощью белков осуществляется транспорт через мембрану многих веществ. Многие из примембранных белков связаны нековалентными взаимодействиями с трансмембранными белками, но есть и такие, которые имеют ковалентную связь с молекулами липидов. Большинство мембранных белков, так же как и липидов, способны свободно перемещаться в плоскости мембраны. Известно два вида движения белков и липидов в мембране – это так называемые латеральная диффузия и флип-флоп. Латеральная диффузия – это хаотическое тепловое перемещен ие молекул липидов и белков в плоскости мембраны. Флип-флоп – это диффузия молекул мембранных фосфолипидов поперек мембраны, но он происходит гораздо реже, чем латеральная диффузия. Известно, что одна молекула липида совершает флип-флоп раз в две недели, в то время, как та же молекула диффундирует в плоскости липидного слоя за 1 секунду на расстояние равное длине большой бактериальной клетки.

1.3. Углеводы мембран - это полисахаридные и олигосахаридные цепи, ковалентно присоединенные к мембранным липидам и белкам. Такие вещества называются соответственно гликолипидами и гликопротеидами. Углеводы всегда распологаются на той стороне мембраны, которая не контактирует с цитозолем. То есть, на внешних (плазматических) мембранах они присоединяются снаружи клетки. Функция углеводов клеточной поверхности пока неизвестна, но представляется вероятным, что некоторые из них принимают участие в процессах межклеточного узнавания.

1.4. Как бы ни было велико различие между мембранами по количеству и составу их липидов, белков и углеводов, мембраны обладают рядом общих свойств, определяемых их основной структурой. Все мембраны являются барьерными структурами, резко ограничивающими свободную диффузию веществ между цитоплазмой и средой, с одной стороны, и между матриксом и содержимым мембранных органелл, с другой. Особенность же специфических функциональных нагрузок каждой мембраны определяется свойствами и особенностями белковых компонентов, большая часть из которых представляет собой ферменты или ферментные системы. Большую роль в функционировании мембран играют гликолипиды и гликопротеиды надмембранного слоя.

2. Перенос молекул через мембрану.

2.1. Так как внутренняя часть липидного слоя гидрофобна, он представляет собой практически непроницаемый барьер для большинства полярных молекул. Вследствие наличия этого барьера, предотвращается утечка содержимого клеток, однако из-за этого клетка была вынуждена создать специальные механизмы для транспорта растворимых в воде веществ через мембрану. Перенос малых водорастворимых молекул осуществляется при помощи специальных транспортных белков. Это особые трансмембранные белки, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул.

В клетках существуют также механизмы переноса через мембрану макромолекул (белков) и даже крупных частиц. Процесс поглощения макромолекул клеткой называется эндоцитозом. В общих чертах механизм его протекания таков: локальные участки плазматической мембраны впячиваются и замыкаются, образуя эндоцитозный пузырек, затем поглощенная частица обычно попадает в лизосомы и подвергается деградации.

Пассивный транспорт