Розділ " Будова біомембран "
1)Опишіть рідинно-мозаїчну структуру біологічних мембран.
Близько 30% ліпідів мембран міцно пов'язані з внутрішніми білками, а інша їхня частина перебуває в рідкому стані. Тому комплекси білків і пов'язаних із ними ліпідів наче «плавають» у рідкій ліпідній масі. У молекул ліпідів, розташованих у вигляді подвійного шару, полярні гідрофільні «головки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боку мембран, а гідрофобні неполярні «хвости» - всередину. Тому, якщо поглянути зверху на мембрану, вона нагадуватиме мозаїку, створену полярними «головками» ліпідів і молекулами білків, розташованими поверхнево або перетинаючи мембрану.
2)Хімічний склад біомембран.
Біологічні мембрани є складними надмолекулярними комплексами, до складу яких входять ліпіди, білки, вуглеводи й неорганічні речовини ( вода,Са2+, Mg2+). Ліпіди становлять близько 40% від сухої маси мембран, 80% з них припадає на глікофосфоліпіди (фосфогліцерини). Білки становлять близько 50% маси більшості клітинних мембран.
3)Класифікація і властивості мембранних ліпідів.
В клітинній мембрані присутні ліпіди 3 основних типів: фосфогліцериди, холестерол і сфінголіпіди.
1.Фосфогліцериди — похідні фосфатидної кислоти, що складається із гліцеролу, в якому перші дві гідроксильні групи естерифіковані жирними кислотами , а третя — фосфатною кислотою. Фосфатна група у нейтральному середовищі несе негативний заряд, в той час, як азотвмісна сполука — позитивний (деякі фосфогліцериди можуть містити також і негативно заряджений або нейтральний радикал), отже ця частина молекули полярна, вона утворює гідрофільну голову.
2. Сфінголіпіди - це група ліпідів, до складу яких входить молекула аліфатичного спирту сфінгозину. До них належать сфінгомієліни, цереброзиди, гангліозиди. Сфінголіпіди широко представлені в мембранах клітин нервової системи. В молекулі сфінголіпідів жирна кислота приєднується амідним зв'язком до аміногрупи сфінгозину, а до гідроксильної групи через фосфатний залишок приєднуються замісники, що формують полярну (гідрофільну) голівку.
3. Холестерол — стероїд, що має в складі ЦГПГФ – 4-х-членне кільце, гідроксил і 8-вуглеводневий ланцюг. Молекула амфіфільна: гідроксил надає гідрофільних властивостей, вуглеводневий ланцюг — гідрофобні. Холестерол присутній в мембранах лише еукаріотичних клітин. Він займає вигини, утворені в ліпідних шарах гідрофобними ланцюгами ненасичених жирних кислот і надає міцність мембрані.
4)Напишіть загальну формулу фосфоліпідів.
Складаються із сфінгозину — довгого аміноспирту СН3-(СН2)12-СН=СН-СНОН-СНNH2-СН2ОН, у якого водень аміногрупи заміщений ліпідами або виcококарбоновою жирною кислотою (церамід), а гідроксил — фосфатною групою, до якої приєднаний як і у гліцерофосфатидів, певний гідрофільний радикал (холін, серин, етаноламін і т. п.). Вуглеводневий радикал сфінгозину і жирної кислоти утворює 2 гідрофобних хвоста, тому фосфосфінголіпід також амфіфільний.
5)Опишіть способи з’єднання білків із мембранами.
Частина приєднується до ліпідного шару амідним зв’язком між їхнім N-кінцевим залишком ( найчастіше це гліцин) і карбоксильною групою жирної кислоти (міристинова чи пальмітинова жирні кислоти). Інша частина ліпід-зв’язаних білків утворює тіоефірний зв’язок між цистеїном і специфічною ізопреновою структурою. Деякі мембранні білки приєднуються до ліпідного бішару, а саме до мембранного ліпіду глікозилфосфоінозитиду, через вуглевод за допомогою фосфодіефірного зв’язку.
6)Чим відрізняються інтегральні та поверхневі білки клітинних мембран?
Інтегральні білки – занурені в товщу ліпідного бішару на різну глибину або пронизують його наскрізь(трансмембранні). Білки цього типу є амфіпатичними, тобто мають як гідрофільні так і гідрофобні області. Трансмембранні ділянки інтегральних білків мають преважну кількість неполярних амінокислот, упакованих у термодинамічно вигідну для бішару альфа-спіраль. Залежно від характеру вбудовування в ліпідний бішар інтегральні трансмембранні білки поділяють на декілька груп. Першу з них складають монотопні білки – білки, які мають одну трансмембранну ділянку.Трансмембранні білки, які мають більше ніж одну трансмембранну ділянку, тобто більше одного разу перетинають ліпідний бішар, називапються політопними.нтегральні мембранні білки здатні за рахунок виникнення білок-білкових взаємодій досить тісно асоціюватись з периферійними білками мембрани. Поверхневі білки не занурені в ліпідний шар і не з’єднані з ним ковалентно, а пов’язані з мембраною лише іонними взаємодіями. При обробці мембрани буферними розчинами з високими концентраціями солей можна легко досягнути вивільнення білків цього типу з мембрани в буфер.Типовими представниками цього класу мембранних білків з характерними структурно-функціональними ознаками можуть виступати спектринфібронектин
7)Де в біомембранах розташовані вуглеводи? З якими молекулярними компонентами мембран пов’язані вуглеводи?
Вуглеводи локалізовані переважно на протилежному від цитозолю боці мембран: у плазмолемі вони обернені в позаклітинне середовище, у внутрішньоклітинних мембранах – у середину оточеного мембраною компартменту.Представлені глікопротеїнами (протеогліканами) (близько 10 %) і гліколіпідами (5–26 %). Кількісно та якісно вуглеводовмісні компоненти мембран суттєво варіюють залежно від типу клітин (а отже, і залежно від особливостей функціонування їхніх мембран)
8)Яку роль виконують вуглеводи мембран?
Беруть участь, по-перше, в утворенні глікокаліксу – збагаченої вуглеводами периферійної зони на поверхні більшості еукаріотичних клітин. До складу глікокаліксу відносять також глікопротеїни та протеоглікани, які секретуються клітинами й адсорбуються на клітинній поверхні. По-друге, вуглеводовмісні сполуки відіграють не останню роль у визначенні антигенних властивостей клітин, у формуванні рецепторів гормонів і нейромедіаторів, а також базальної мембрани (специфічного еластичного примембранного шару)
9)Із чим пов’язана асиметрія біологічних мембран?
Зовнішній і внутрішній шари мембрани відрізняються за якісним і кількісним складом ліпідів; білки, мозаїчно розташовані серед ліпідів, мають чітке розмежування поза- та внутрішньоклітинних доменів
10)У чому полягає суть визначення мембрани, як твердо-каркасно-рідинно-мозаїчної системи?
Рідинно-мозаїчна модель структури мембрани, висунута С. Сенгером і Дж. Нікольсоном у 1972 р. й удосконалена С. Сенгером у 1981 р. За цією моделлю певна частина ліпідів, що входить до складу плазматичної мембрани (близько 30 %) пов'язана з внутрішніми білками, а інші перебувають у рідкому стані, формуючи "ліпідне озеро", в якому "вільно плавають" внутрішні білки На поверхні ж ліпідного шару розташовуються водорозчинні (поверхневі) білки.
11)Які функції біологічних мембран?
а)відмежовування внутрішньоклітинного простору від навколишнього хімічного середовища за рахунок вибіркової проникності плазматичних мембран для іонів та молекул;б) створення та підтримання на плазматичній мембрані іонних градієнтів та електричних потенціалів; в)регуляція клітинних функцій біорегуляторними хімічними сигналами, що надходять від нервової та ендокринної систем;г)поділ клітини на окремі компартменти, що характеризуються специфічними наборами ферментів, метаболітів та реакцій обміну речовин; д)створення структурних, біофізичних умов для організації мембранозв’язаних мультиферментних комплексів (ферментних ансамблів), які реалізують життєво важливі клітинні функції (напр. електронотранспортних ланцюгів у мембранах мітохондрій та ендоплазматичного ретикулума), функціонування іонних каналів та насосів); е) участь у процесах між клітинної взаємодії як необхідного фактора регуляції клітинного росту тканин (гістогенезу).
12)Що таке плинність біологічних мембран?
Плинність – одна із біофізичних властивостей мембрани, що визначається співвідношенням між ненасиченими та насиченими жирними кислотами в складі мембранних ліпідів та постійною рухомістю вуглеводневих хвостів ацилів та сфінгозину. Тобто, положення молекул у плазмолемі є лабільним (плинним), вони можуть переміщатися, що залежить від вмісту в біліпідному шарі холестерину, який міститься ближче до внутрішньої поверхні мембрани.