Методичні рекомендації

для позааудиторної самостійної Роботи студентів №4

З Навчальної дисципліни “Основи біологічної фізики та медична апаратура”

Тема: «Структура, фізичні властивості біологічних мембран та їх функції»

Спеціальність: 5.12010102 “ Сестринська справа”

Семестр: ІV

Кількість навчальних годин: 2

1. АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Плазматична мембрана є складним ферментативним, постійно функціонуючим комплексом, що забезпечує такі прояви життєдіяльності, як дихання, імунітет, травлення, міжклітинні взаємодії, передачу збудження тощо. Мембранний потенціал бере участь у виконанні різних типів хімічної та осмотичної роботи, а також у теплопродукції. Наявність іонної асиметрії і постійної електричної поляризації плазматичної мембрани є основною передумовою, що забезпечує збудливість клітин, їхню здатність миттєво переходити в активний стан під впливом подразників.

2. Навчальні цілі:

Знати, засвоїти:

• Пасивний транспорт речовин крізь мембранні структури.

• Активний транспорт, основні види.

• Молекулярна організація активного транспорту на прикладі роботи Na⁺ - K⁺ насосу.

• Природа мембранного потенціалу спокою

• Потенціал дії та причини його виникнення.

Вміти, оволодіти навичками, вміннями:

• Описувати види переносу речовини, енергії і імпульсу в живому організмі;

• Пояснювати механізми пасивного транспорту і натрій – калієвого насосу для активного транспорту;

• Описувати причини виникнення потенціалу спокою і потенціалу дії;

• Пояснювати поширення пд в нервових волокнах.

3.Матеріали позааудиторної самостійної роботи

3.1. Міждисциплінарна інтеграція (базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми)

Дисципліни	Знати	Вміти
1. Фізика	Потенціал. Різниця потенціалів Властивості твердих тіл і рідин	Пояснити поняття потенціалу, різниці потенціалів Пояснити, що таке рідкі кристали, описати їх властивості
2. Біологія 3. Фізіологія	Будова і властивості біологічних мембран Пасивний та активний транспорт	Пояснити молекулярну організацію мембран. Описати способи перенесення речовини через мембрани

3.2. Зміст теми

Клітина будь-якого організму – ціла жива система. Вона складається з трьох нерозривно зв’язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми і ядра.

Клітинна оболонка складається із зовнішнього шару і розташованої під ним плазматичної мембрани – товщина якої - 10 нм. До складу її входять білки і ліпіди, які дуже рухливі. Через неї відбувається транспортування речовин: зовні в клітину надходить вода, різні солі у формі іонів, органічні і неорганічні молекули, а у зовнішнє середовище виводяться продукти, утворені в клітині.

Біологічні мембрани. Мембранний транспорт

Ж иття людини починається з однієї заплідненої клітини. Подібно до кожної клітини, що має ядро, запліднена клітина містить усю інформацію, потрібну для її росту і розвитку.

Клітина є основною структурною одиницею організму. Це найменша частина тіла, у якій відбуваються всі процеси життєдіяльності: дихання, рух, травлення, розмноження тощо. Кожна клітина може підтримувати всі вищезгадані функції. Більшість клітин невидимі для неозброєного ока. Навіть жіноча статева клітина, найбільша в організмі, є меншою за крапку в кінці цього речення.

СТРУКТУРА БІОЛОГІЧНИХ МЕМБРАН

Біологічні мембрани (лат. membrana – шкірка, оболонка, перетинка) – тонкі напівпроникні оболонки, що відокремлюють клітину від зовнішнього середовища (клітинні, або плазматичні, мембрани) і внутрішньоклітинні органели одну від одної (мембрани мітохондрій, хлоропластів, лізосом, ендоплазматичного ретикулуму та ін.) Відповідно до сучасних уявлень, усі клітинні і внутрішньоклітинні мембрани схожі за будовою: їх основу складає подвійний молекулярний шар ліпідів (біліпідний шар), на якому і в товщі якого знаходяться білки. Мембрани містять ще і вуглеводи, різні макромолекули (глікопротеїди, гліколіпіди), а також у невеликих кількостях коферменти, нуклеїнові кислоти, антиоксиданти, неорганічні іони і т.д. Як правило, молекули вуглеводів розташовані в зовнішніх шарах мембран.

Головним матеріалом біомембран виступають амфіфільні молекули фосфоліпідів – сполук з гідрофобним ( грец. phobos — боязнь) хвостом і гідрофільною голівкою. ( гр. hydor вода + phileo любити, мати схильність )

Найчастіше це короткі лінійні або розгалужені ланцюжки, до складу яких входять галактоза, маноза, фруктоза, сахароза, N-ацетилглюкозамін, арабіноза, ксилоза та ін. Їх основне призначення – зчеплення між сусідніми клітинами та обмін інформацією між ними.

Біологічні мембрани складаються з декількох молекулярних шарів, сумарна товщина яких зазвичай становить 7 – 10 нм.

Ліпіди біологічної мембрани підрозділяють на фосфоліпіди, гліколіпіди, холестерин, тригліцерол і вільні жирні кислоти.

На поверхні шару розміщені білки, які утримуються електростатичними силами і називаються периферичними. Інші білки контактують з гідрофобним шаром, з яким вони зв'язані гідрофобною взаємодією настільки міцно, що зруйнувати цей зв'язок можна, лише діючи на ліпідний подвійний шар органічними розчин­никами. Такі білки називаються інтегральними.

Білки, що входять до складу мембрани, становлять 70-75% її маси, а 25-30% — ліпіди (від грецького ліпос – жирний). Біологічні мембрани порівнюють з ліпідним "морем", в якому плавають білки. Уся мембрана загалом — це динамічна рідкокристалічна система. Для рідкого кристала характерна, з одного боку, властивість рідини — плинність, а з іншого — певна впорядкованість в орієнтації молекул. Рідкі кристали — речовини, молекули яких мають форму планок, паличок, дисків, часто з чергуванням лінійних та циклічних угруповань атомів. Така форма молекул визначає паралельність їх розташування, тоді як у будь-якій рідині молекули розміщені хаотично.

Біологічна мембрана — це окрема фаза, що не змішується з водою. Ця фаза характеризується:

• поверхневим зарядом;

• поверхневим потенціалом;

• внутрішньою в'язкістю;

• здатністю розчиняти в собі або зв'язувати певні речовини;

• властивістю змінювати свій фазовий стан.