Биологиялық мембраналардың өткізгіштік механизмі. Иондық каналдар және тасымалдаушылардың құрылысы мен функциясы. Электрогенез механиз

ҚАЗАҚСТАН  РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ  МИНИСТРЛІГІ

ОҢТҮСТІК  ҚАЗАҚСТАН  МЕМЛЕКЕТТІК  ФАРМАЦЕВТИКА АКАДЕМИЯСЫ

Медбиофизика, математика, информатика  кафедрасы

СӨЖ

 

Тақырыбы: Биологиялық мембраналардың өткізгіштік механизмі. Иондық каналдар және тасымалдаушылардың құрылысы мен функциясы. Электрогенез механизмі.

 

 

 

 

 

                                   Орындаған:Қараман Ұ.

Тобы:104 б МПД

Қабылдаған:Сыздық А.Н

 

Шымкент 2013 ж

Жоспар

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім

1. Биологиялық мембраналар

2.Биологиялық мембрананың  түрлері

2.Иондық каналдар

III. Қорытынды

IV. Пайдаланған әдебиет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биологиялық мембрана — клетканың және клетка ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), белокты-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық мембрана өткізгіштік қасиетіне байланысты клеткада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана клеткалық мембрана деп аталады. Клеткалық мембрана қос қабатты белокты-липидті молекулалардан тұрады. 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.
• Ал 1935 ж. ағылшын ғалымдары Л.Даниелли мен Г.Даусон және америкалық биолог Дж. Робертсон биологиялық мембрананың құрылымдық моделін ұсынды. Кейін электрондық микроскоп және рентгендік анықтау әдістерін қолдану нәтижесінде клетканың барлық бөліктеріндегі биологиялық мембрана табиғатының ұқсас болатыны анықталды.

Биологиялық мембрана —  аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер  мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық белоктар 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. Сондай-ақ, биологиялық мембрана клетканы қоршап, сыртқы ортадан оқшаулауы арқылы клетканың морфологиялық тұтастығын сақтайды. 

 

Биологиялық мембраналар

                  

                                                                   

   1-сурет. Биологиялық   мембрана (көлденең кесіндісінін  сызба-нұсқасы):    1-фосфолипидтердің   молекуласының екі қатар қабаты;     2-белоктік қабат; 3-тоннельдік белок.

Биологиялық мембрананың түрлері

• Жасушалық мембрана
• Жасушаішілік мембраналар
• Базальды мембрана

Мембрана негізінен екі  маңызды қызмет атқарады: матрицалық, барьерлік (кедергі). Әр түрлі қызмет атқаратын белоктарды ұстап тұратын, керексіз бөлшектерді енгізбей жасуша мен жеке омпартаменттерді қорғаушы. Мысалы, улы зат ішкен кезде.

Мембраналардың қалыңдығы  бірнеше нм шамасында, сондықтан оны оптикалық микроскоппен емес, электрондық микроскоппен ғана көруге болады

Мембрананы құрайтын липид  молекулалары амфипатикалық қосынды  болып келеді.

Қызметі жағынан:

• Полярлық (гидрофильды) “бастары”
• Гидрофобты “құйрықша”

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

Кез келген мембрананың негізін  екі қабаттық липидтер құрайды.

Мембраналық липидтер 3 негізгі класқа бөлінеді:

• фосфолипидтер
• гликолипидтер
• стероидтар

Фосфолипидтердің тығыздығы  фосфолипидтер құрамына қандай май  қышқылдарының енуіне байланысты болады.

Холестерин – стероидтар мембрана тығыздығына әсер етеді.

БМ – да холестериннің көбеюі мембрананың тығыздығын арттырып, заттар үшін өтімділігін азайтады.

Ақуыздар (белоктар) арқылы толықтай және жартылай  мембрананың арнайы қызметі

• өткізгішті
• активті тасмалдау
• электрлік потенциал өндіру т.б. жүзеге асады

 

 

Биологиялық мембраналардың өткізгіштік механизімі

1. Жеңілдетілген дифузия заттардың мөлшерлік айырмашылығына сәйкес, арнайы тасушы белоктардың көмегімен өтуін айтады. Жеңілдетілген тасымалдың бірнеше түрі болады.

1. Унипорт- жеке тасу, молекула немесе иондар басқа заттармен байланыспай, тәуелсіз жалғыз өтеді. Осы тәсілмен глюкоза, аминқышқылы беткейлік клеткалардың негізгі мембранасы арқылы өтеді.
2. Симпорт- қоса тасу, басқа заттармен бірге бір бағытта өту. Мысалы,натри-тәуелді тасылатын қант, аминқышқылы,иондары.
3. Антипорт- қарсы тасу. Заттардың немесе иондардың бір мезгілде қарсы бағытта өтуі. Мысалы/H; Cl-/HCO

2. Белсенді тасмал- заттармен  иондардың арнайы қуатын пайдаланып  электрохимиялық градиентке қарсы  ауысуы. Мұндай градиентке қарсы  тасмал кезінде мөлшерлік   немесе осмостық жұмыс атқарылады. Соның нәтижесінде заттар аз  жағынан көп жағына қарай ығыстырылады. Белсенді  тасмал  екі түрге  бөлінеді. Иондарда және органикалық  заттарда (әсіресе қанттар мен  аминқышқылдарын), яғни күш қуат  жұмсап тасу. Мұндай тасмал қатары  пиноцитоз- клеткалық зат еріген  сұйықты "ішу" құбылысын  жатқызуға болады.

Белсенді тасмал адинозинүшфосфат қышқылы ыдырауынан бөлінген энергиясымен қамтамасыз етіледі. Тасымалдау кезінде  АҮФ ыдырау қуаты пайдаланылса, оны  бірінші белсенді тасмал дейді. Мұны арнайы тасушы – белоктар ,АҮФ және ,АҮФ қамтамасыз етеді. Ферменттердің пішіндері (конформация) тасмалданатын иондарға ұқсас болады.

Бұнымен қатар мембранада екінші белсенді тасмал кездеседі. Ол молекула мен иондарды, мөлшерлік  гардинентке қарсы басқа өтіп жатқан заттардың қуатын пайдаланып тасиды. Мысалы глюкоза, амин қышқылдары  аш ішектің кілегей қабатынан ионының қатысуымен ғана сіңеді (симпорт). Бұл электрохимиялық айырмашылыққа байланысты болады.

Плазматикалық мембрананың  пайда болуының шешуші кезеңі деп  қарастыруға болады. Себебі, мембраналық  клетканың тіршілік етуі мүмкін емес. Сондықтан да тіршіліктің пайда  болуының басты негізгі қарапайым  нуклеин қышқылы және белоктар жарғақша мен қайталаймембрана ішінде  липидті  көпіршіктер везикулалар арқылы тіршілік ортасын белгілі тәртіппен  қамтамасыз жасауынан  бастап пайда  болды деп айтуға болады.

Гликокаликс- эукариот  клеткасының сыртқы беткейіндегі  шеткі аймақтарының  көмірсутектерімен қаныққан  түрін білдіруші, антеналық қызметін атқарады.

Әрбір тірі клеткада  көптеген әр түрлі молекулалар болады . Олар белгілі ретпен , тәртіппен метоболизм  процесіне кіреді. Клеткада бір мезгілде секундына реакция жүреді. Осындай күрделі процесті клетка  ішінде реттеу қызметі арнаулы жүйе арқылы атқарылады.

Метобалистік (ферменттердің  белсенділігін реттеуші)генетикалық (белок синтездеу, оның ішінде ферменттерді де) және мембрандық.

-олар бір- бірімен тығыз  байланысқа түседі. Мысалы: мембрананың  қасиеті, геннің белсенділігіне  тәуелді ал гендердің дифференциалды белсенділігі фермент  пен мембрананың  бақылауында  болады.

-клетка ішілік реттеудің  барлық формаларына біртұтастық принцип негіз болады . Оны рецепторлық- конформациялық деп атауға болады.

Барлық  жағдайда белок  молекуласы, фермент, рецептор немесе реттеуші белок болсын, соған тән  факторды біліп , онымен өзара байланысып, өзінің пішінін  өзгертеді.

Сондықтан да клетка мембранасының  оның тіршілік қызметіне қатысудағы рөлін білу арқылы ауыл шаруашылығында , медицинада, биотехнологияда т.б. салаларда үлкен рөл атқарады.Әсіресе  адамдар менжануарлардың ауруға ұшырауы клетка мембранасының құрылымымен қызметінің қайтымсыз өзгеріске  түсуінен деп анық айтуға болады.

Оған мысал, қазіргі таңдағы  проблема болып жатқан ісік (рак) ауруы  ағзалардың радиация сәулелерімен жарақатқа  ұшырауы, мүшелер мен ұлпаларды ауыстырып отырғызуда, дәрі-дәрмектерді бір бағытта іздестіру, қолдануда өсімдіктер мен жануарлардың өнімдерін жақсарту.

Биологиялық мембрананың сырын. Қырын зерртеу жаратылыстану ғылымындағы ең басты, тез дамыған саласы деп есептеледі. Қазіргі таңда әр түрлі  Ғылыми зерттеу әдістерінің  жіктелуінен таза мембраналық фракцияларды  таза күйінде басқа компонент бөліп алу арқылы олардың жеке-жеке құрылымы, қасиеттері анықталуда . Сондықтан да қазіргі бағыттағы болашақ жас зерттеуші ғалымдар- мембранолгтардың әсіресе, химия, биохимия, липидтер биохимиясы, иммунология, күрделі физикалқ әдістері,физиология, биоэнергетика, биофизика, хронобиология, хрономедицина т.б. ғылым салаларына қарағанда білімі.біліктілігі жан-жақты болуы керек

Иондық каналдар

Иондық каналдар – клетканың мембранасындағы ірі ақуыздық  молекулар және молекула үстінде орналасқан липопротеидты құрылымдар.

Олар мембрана арқылы иондардың  клеткадан сыртқы ортаға және кері қарай өтуін қамтамасыз етеді.

1972 жылы Синджер мен Николсон биологиялық мембрананың моделіне сәйкес биологиялық мембрана сұйықтық– мозаикалық құрылымды. Сұйық фосфолипидты мембраналық қабатта ақуыз молекулалары жүзіп жүреді.

Иондарды каналдар арқылы трансмембранды тасу – организмде болатын барлық биоэлектрлі құбылыстардың  бастауы.

Мембрананың өтімділігі әртүрлі  заттар үшін липидтердің зарядталған  бастарында туындайтын, мембранаға  көбінесе теріс заряд беретін  беттік зарядқа тәуелді. Бұдан мембрана-су шекарасында сол белгідегі фазааралық потенциал, мембранадағы заряд  туындайды.  Потенциалдың бұл шамасы мембрана мен  ионды байланыстыратын үрдістерде үлкен роль атқарады. 

Егер мембранада иондық каналдар бар болса, иондардың  тасымал жыдамдығы анағұрлым  артады. Әсіресе калий, натрий, кальций  каналдары  кең таралған.

Сонымен қатар  иондық каналдар селективті қасиетке ие болады, яғни әртүрлі иондар үшін өтімділігінің шамасы әртүрлі болады. Әрбір канал ионның тек бір түрін ғана тасымалдайды, мысалы, натрий каналы – натрий иондарын, калий каналы – калий иондарын. Катионды канал арқылы аниондар өте алмайды немесе керісінше.  Негізгі ион сияқты сол белгідегі иондар үшін канал абсолютті селективтілікке ие бола алмайды, өзі сияқты белгідегі басқа иондар үшін каналдың өткізгіштігі төмен, бірақ нолден өзгеше болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланған әдебиет

• КөшеновБ. Медициналық биофизика: оқулық

 Алматы 2008 ж

Канкожа М.К Қозғағыш ұлпалар  физиологиясы. Алматы,2004.

Арызханов Б. Биологиялық  физика,Алматы, 1990

WWW.GOOGLE.RU

WWW.ЯНДЕКС.RU