3874647_Lekciya_7_Biofizika_kletki
advertisement
Лекция № 7 Тема: «Биофизика клетки» План лекции: 1. Ультраструктура клеточных мембран. 2. Молекулярное строение цитоплазматических мембран. 3. Физическая природа сил взаимодействия белков и липидов в структурах мембран. 4. Методы изучения мембран. 5. Искусственные модели цитоплазматических мембран. Биофизика мембран – важнейший раздел биофизики клетки, имеющий большое значение для биологии и медицины. Многие жизненные процессы протекают на биологических мембранах. В нарушении мембранных процессов кроется причина многих патологий. Важнейшими условиями существования клетки является: 1. Автономность по отношению к окружающей среде. 2. Связь с окружающей средой. Основные функции биологических мембран: 1. Барьерная – обеспечивает селективный регулируемый, пассивный и активный обмен веществ 2. Матричная – обеспечивает определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает их оптимальное взаимодействие Основные функции биологических мембран: 3. Механическая – обеспечивает прочность и автономность клетки, внутриклеточных структур 4. Энергетическая – синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий и фотосинтез в мембранах хлоропластов Основные функции биологических мембран: 5. Рецепторная (механическая, акустическая, обонятельная, зрительная, химическая, терморецепция и тд.) 6. Генерация и проведение биопотенциалов Молекулярное строение клеточных мембран В 1902г. Овертон предположил, что мембрана состоит из тонкого слоя липидов. В1925г. Гортер и Грендел в опытах с липидами, экстрагированными из мембран эритроцитов, обнаружили, что площадь монослоя липидов вдвое больше суммарной площади поверхности всех эритроцитов. Был сделан вывод, что липиды мембраны расположены в виде бимолекулярного слоя. Строение фосфолипида Молекулярное строение клеточных мембран В 1935 Даниэлли и Давсон предложили модель строения мембраны, получившей название «сэндвич». Согласно этой модели, имеются 2 слоя молекул фосфолипидов, которые окружены слоями белка. Трехслойная модель Стена-Даниэлли с полярной порой, образованной молекулами белка. Молекулярное строение клеточных мембран В 1959 г. Дж. Робертсоном была выдвинута теория унитарной мембраны, состоящей из одного слоя фосфолипидов, покрытого с цитоплазматической стороны слоем фибриллярного белка, а с наружной поверхности – мукополисахаридами или мукопротеидами. Модель Шестранда – липидная фаза мембраны существует в виде глобулярных мицелл, представляющих комплекс липидных молекул, залитых в белковый матрикс. Молекулярное строение клеточных мембран В 1972 г. Николсоном и Синджером была предложена жидкостно-мозаичная модель мембраны Клеточная мембрана представляет собой двойной слой фосфолипидов расположенный между двумя тонкими слоями молекул фибриллярного белка, которые в свою очередь окружены молекулами глобулярных белков. гидрофобные и гидрофильные силы взаимодействия В подержание структуры мембраны большую роль играют гидрофобные и гидрофильные силы взаимодействия. За счет гидрофобных сил взаимодействия формируется липидный бислой, а также прикрепление к липидному слою неполярных областей в белке. Гидрофильные силы взаимодействия способствуют удержанию белков на поверхности бислоя фосфолипидов. Таким образом, гидрофильные и гидрофобные силы взаимодействия способствуют поддержанию стабильной целостности структуры биологической мембраны, а также обеспечивают высокую подвижность, приспособляемость к выполнению многочисленных функций. Белки, входящие в состав мембран, делятся на: структурные каталитические, обладающие ферментативной активностью. Существуют 4 способа ассоциации белков с липидным слоем: 1. интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь 2. поверхностные белки, погруженные в липидном бислое частично 3. белки, удерживающиеся нековалентными взаимодействиями с другими мембранными белками 4. белки, ковалентно соединенные с одной или двумя цепями жирных Методы изучения и исследования биомембран Метод рентгеноструктурного анализа – основан на явлении дифракции. Дифракция наблюдается в тех случаях, когда на пути лучей имеются препятствия, сравнимые по размерам с длиной волны лучей. Метод рентгеноструктурного анализа заключается в том, что на исследуемый объект направляют параллельный пучок рентгеновских лучей. За объектом помещают фотопленку, на которой регистрируется получающаяся дифракционная картинка. Методы изучения и исследования биомембран Метод рентгеновского рассеивания нейтронов. Метод рассеивания нейтронов под малыми углами позволяет определить толщину бислоя фосфолипидов и расстояние между слоями. Метод моделирования мембран 1. В 1917 г. Лэнгмюр разработал технику получения модели мономолекулярного слоя фосфолипидов – модель «частокол Лэнгмюра». На поверхность воды наносили каплю фосфолипидов, растворенных в каком-либо растворителе. Молекулы липидов располагаются перпендикулярно к поверхности воды: гидрофильная полярная группа «головка» погружена в воду, а неполярный «хвостик» направлен вверх. воздух вода Метод моделирования мембран 2. В 1962 Мюллер и Рудин разработали способ получения больших двуслойных мембран (d до 2 мм), используя тефлоновую пластину, разделяющую две водные фазы. На отверстие пластины наносили смесь фосфолипидов в растворе летучих растворителей. Происходило самопроизвольное формирование бислоя фосфолипидов толщиной 6 нм. Метод моделирования мембран 3. Получение липосом замкнутые мембранные пузырьки, содержащие водную фазу внутри и находящиеся в водной среде. Липосомы формируют из липидов в водной среде путем обработки ультразвуком или быстрого смешивания раствора фосфолипида в этаноле с водой.
