БИОЭЛЕКТРОГЕНЕЗ.

ТЕМА: МЕМБРАНОЛОГИЯ. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ МЕМБРАН.

ПАССИВНЫЙ И АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ.

БИОЭЛЕКТРОГЕНЕЗ.

Биологические мембраны являются важной частью клетки, ограничивающие её от окружающей среды. Толщина мембраны составляет в среднем 10 нм.

Функции мембран:

• Барьерная (ограничивают от окружающей среды);

• Защитная (защищают от вредных внешних воздействий);

• Транспортная (обмен веществ между клеткой и её окружением);

• Рецепторная (способствуют генерации электрических потенциалов);

• Энергопреобразующая (участвуют в синтезе АТФ в митохондриях).

 

Нарушение функций клеточной и внутриклеточной мембран приводит к многим патологическим процессам в клеткам.

 

Существует несколько гипотез о структурной организации клеточных мембран. Их принято называть моделями биомембран.

В 1920 -х гг. И. Гортер и А.Грендел экстрагировали липиды из эритроцитов и в специальном приборе (ванне Лэнгмюра) измерили площадь, образованную ими на поверхности ванны. Она оказалась примерно в вдвое больше площади, которую образовывали липиды, находясь в эритроцитарной мембране. Соответственно сделали вывод, что липиды составляют двойной слой в мембране эритроцитов.

В 1931 г. Н. Девсон и Р. Даниелли предложили модель «сэндвича» (бутерброда),

согласно которой среднюю часть мембраны составляет бимолекулярный липидный слой, а на его обеих поверхностях расположены белки.

В настоящее время наибольшее распространение имеет предложенная в 1972 г. С. Синджером и Г. Николсоном жидкокристаллическая мозаичная модель мембраны.

 

 

 

Основу структуры мембраны составляет двойной слой липидов (≈ 40 %), в который мозаично встроены молекулы белка (≈ 50%). Так же имеются: ≈ 10 % углеводы (полисахариды: гликолипидами и гликопротеины).

Белки:

• Поверхностные;

• Полупогружённые (полуинтегральные);

• Погружённые (интегральные);

• Формирующие ионный канал.

Белки, так же имеют различную структуру и выполняют различные функции (структурная, рецепторная, транспортная, защитная). Молекулярная масса белков в большинстве составляет 25 000 — 230 000.

Липиды мембран имеют различную структуру и выполняют различные функции (структурную и регуляторную).

Липиды состоят из двух фрагментов:

- гидрофильной полярной головки (несущие электрический заряд);

- гидрофобных неполярных хвостов (не несущие, электрический заряд);

В водной среде липиды бислоя расположены таким образом, что жирно-кислотные остатки обращены внутрь бислоя и, следовательно, изолированы от окружающей среды, а гидрофильные «головки» — наоборот, наружу.

Липиды, входящие в состав мембран, принадлежат к трем классам:

1. фосфолипиды.

2. гликолипиды.

3. стероиды.

 

1. Основную структурную роль в биологических мембранах играют фосфолипиды. Они есть во всех живых клетках. Содержатся в нервной ткани, участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина.

В состав головки фосфолипида обязательно входят:

а) остаток спирта (реже аминокислоты);

б) остаток фосфорной кислоты;

в) по вариантам либо:

- - глицерин (глицерофосфолипиды),

- - многоатомный спирт сфингозин (сфингофосфолипиды).

 

Неполярные хвосты всех молекул фосфолипидов образуются жирными кислотами, определяющими разнообразие их представительства.

 

2. Гликолипиды – липиды, содержащие 2 остатка жирных кислот, спирт сфингозин и остатки моно- (цереброзиды) или олигосахаров (ганглиозиды).

3. Стероиды содержат стероидное ядро, образованное тремя гексагональными полностью насыщенными кольцами и одним циклопентановым кольцом. Стероиды представлены в основном холестерином (в животных клетках) или ситостерином и стигмастерином (в растительных клетках).

 

 

Холестерин в составе мембран играет роль модификатора бислоя, придавая ему определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов (структурная).

Гликолипиды несут разнообразные функции: отвечают за рецепцию некоторых биологически активных веществ, участвуют в дифференцировке ткани, определяют видовую специфичность.

На внутренней поверхности липидно-белкового бислоя цитоплазматической мембраны локализована макромолекулярная белковая сеть цитоскелета, которая обеспечивает эластичность и механическую стабильность цитоплазматических мембран.

Молекулы воды являются так же структурным компонентом биомембран и могут быть погружённые в липидно-белковый бислой.