Фізичні питання будови та функціонування біологічних мембран
Зміст
1. Фізичні питання будови та функціонування біологічних мембран
1.1 Пасивний і активний транспорт речовин через мембранні структури
1.2 Транспорт неелектролітів шляхом простий і полегшеної дифузії
1.3 Явище переносу. Загальне рівняння переносу
1.4 Дифузія. Пасивний перенос неелектолітов через біомембрани, рівняння Ріка. Транспорт неелектролітів через мембрани шляхом простої і полегшеної (у комплексі з переносником) дифузії
1.5 Молекулярний механізм активного транспорту іонів
1.6 Проникність
Список використаних джерел
1. Фізичні питання будови і функціонування біологічних мембран
Структурною і функціональною одиницею живого організму є клітина. Клітка обмінюється з навколишнім середовищем і речовиною, і енергією, і інформацією. Енергія поживних речовин, що у клітину, витрачається на виконання нею різноманітних функцій.
Всі функції клітини тісно пов'язані з її структурою.
Нагадаємо в загальних рисах, що будь-яка клітина складається з оточеної плазматичної (клітинної) мембраною цитоплазми, в якій знаходяться ядро ​​клітини, органели та різні включення. До органел клітини відносяться мітохондрії, лізосоми, рибосоми, апарат Гольджі, ендоплазматичнийретикулум. Всі вони, в тому числі і ядро ​​клітини, теж мають мембрани, і основна мета даного параграфа полягає в ознайомленні з сучасними уявленнями про структуру та функції біологічних мембран.
Роль мембран у будові і функціонуванні клітини надзвичайно велика. Як зауважив Бернал Д. "тільки після освіти мембрани навколо клітини ми дійсно маємо те, що з повним правом може бути названо організмом ". Саме через мембрани відбувається обмін речовин в організмі. Порушення структури мембран веде до порушення їх функції і, отже, до порушення функціональних станів організму в цілому. Порушення функцій біологічних мембран є причиною багатьох захворювань.
Незважаючи на велику різноманітність клітин і організмів у природі, будова і багато функцій біологічних мембран багато в чому однакові, що і дозволяє нам розглядати їх основні властивості безвідносно до виду клітин.
Будова біологічних мембран вивчається вже більш 80 років. Ще в 1902 році Овертон була висунута перша модель мембрани у вигляді тонкого шару ліпідів. З тих пір уявлення про будову мембран постійно ускладнювалися, удосконалювалися, доповнювалися і до теперішнього часу вони суттєво відрізняються від тієї першої найпростішої моделі Овертон. Однак і за сучасними уявленнями основу, матрицю будь біологічної мембрани складає ліпідний бішар. Які ж фізичні властивості ліпідів і ліпідного шару?
Мембранні ліпіди - це низькомолекулярні речовини, близькі за своїми властивостями і жирам. Характерна особливість будь ліпідної молекули полягає в тому, що вона побудована з двох фізично різних частин: з головки, що становить приблизно чверть довжини молекули і двох довгих неполярних хвостів. Хвости являють собою довгі ланцюги жирних кислот, які можуть бути як насиченими, так і ненасиченими. Головки ліпідів теж можуть мати різну будову, але для ліпідів біомембран найбільш характерні похідні цукрів і фосфорної кислоти - відповідно до цим розрізняють Глік-і фосфо-ліпіди.
Головки ліпідів або заряджені негативно, або електрично нейтральні, але мають нерівний нулю дипольний момент. Позитивно заряджених головок немає і це відіграє дуже важливу роль у формуванні всього електричного заряду мембрани і в її функціонуванні. Оскільки головки ліпідів полярні, то вони добре взаємодіють з полярними розчинниками, зокрема з водою, тому головки називають гідрофільній частиною ліпіду. Хвости, навпаки, не взаємодіють з водою, - вони гідрофобні, але вони добре взаємодіють з неполярними речовинами і розчинниками.
Ці властивості ліпідів призводять до того, що вони однаково погано розчиняються і в полярних розчинниках (вода) - заважає хвіст, і в неполярних (масло) - заважає голівка. Якщо ліпіди помістити на поверхню води, то вони всі стануть на "голову" - і вгору хвостами. У маслі ж картина буде зворотною. p> Так як вода є основним, універсальним розчинником в біологічних системах (цитоплазма, наприклад, на 95% складається з води), то нас цікавить, як будуть вести себе ліпіди, поміщені "всередину" води.
Виявляється, що в цьому випадку вони теж прагнуть бути завжди спрямованими полярними головками в сторону води, а неполярними хвостами - всередину.
При цьому можуть утворюватися різні просторові структури ліпідів. При малих концентраціях ліпідів спочатку утворюються міцели, а при вищій концентрації утворяться ліпосоми, або везикули "бульбашки". Нарешті, при деякої концентрації ліпідів міцели злипаються і утворюють плоский бімолекулярний шар - ліпідний бішар.
Тов...
