42. Нанотехнологияда қолданылатын физика-химиялық әдістер. Олардың мүмкіншіліктері (электрофорез, гельфильтрлеу, гендік инженерия әдістері, т.Б)

Электрофорез- сұйық ортадағы (көбінесе сулы) сыртқы электр өрісі әсерінен зарядталған бөлшектердің (мысалы, мицелла, белок молекулалары, т.б.) бағытталған қозғалысы. Электрофорез бен электросмос құбылысын 1809 жылы Ф. Рейсс ашқан. Гендік инженерия- генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқымқуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу. Ол- молекулярлық биологияның бір саласы. Гендік инженерия әр түрлі организмдер геномының бөлігінен рекомбинатты ДНҚ құрастырумен қатар, ол рекомбинатты молекулаларды басқа организм геномына енгізіп, жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Гельфильтрлеу немесе эксклюзионды хроматография - зат молекулалары қозғалмайтын фазаның кеуектеріне ену қабілетіне байланысты молекулалардың өлшемдері бойынша бөлінуге ұшырайтын Осы кезде колонкадан бірінші болып ірілеу молекулалар шығады. Олар стационарлық фазадағы кеуектердің минимал санына кіре алады. Ал соңғы болып молекулаларының өлшемдері аз кеуектерге еркін ене алатын заттар шығады. Адсорбционды хроматографияға қарағанда гельфильтрация кезінде стационарлық фаза химиялық инертті болып қалады. Және бөлінетін заттармен әрекеттеспейді.

43. Гидроксиапатиттің алу жолы. Оның негізінде жасалған нанокомпозиттерді қандай салаларды қолданады?

Гидроксиапатит - имплантаттардың биожабындылары ретінде ортопедия мен стоматологияда кеңінен қолданылатын материал. Ол сүйек тканімен остеоинтеграцияны жақсартады. Гидроксиапатитті құстың жұмыртқасының қабығын қолдану арқылы преципитация әдісімен синтездеу жолымен алуға болады. Рентгендік дифракция, инфрақызыл спектроскопия, растрлік электрондық микроскопия әдістері арқылы жүргізілген зерттеулер синтездеу жолымен алынған өлшемдері бірнеше микрон (4-5 нm) болатын глобула тектес порошок тәріздес материалдардың бір фазалы, 900 °С-қа дейін термиялық тұрақты, морфологиялық жағынан бір текті болатынын көрсетті. Глобулалар орта шамамен өлшемдері 50 нм болатын нанокристаллдардан тұрады.  Гидроксиапатитті алуда тұндыру әдісін қолдануға да болады. Бұл әдісте  Ca(NO3)2 4H2O, (NH4)2HPO4, NH4OH секілді материалдар қолданылады. Бастапқыда үлгіні 72 сағат бойы кептіреді. Кейін 1 сағат бойы 800 °C температурада күйдіріледі. Нәтижесінде кристаллиттердің өлшемдері диаметр бойынша 0.55-1.2 нm-ді құраса, ұзындығы бойынша 2.3-2.9 нm-ді құрайды. Нанокомпозитті материалдар өзінің ерекше физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты өндіріс саласына, электроника мен медицинаға пайда әкеледі. Мысалы, ғалымдар қоректендірушінің құйылған элементтеріне арналған анодтарды кремнийлік наносфералар мен көміртекті нанобөлшектерден жасаудың әдісін ойлап тапты. Мұндай материалдан жасалған анодтар құйылатын электролитке тығызырақ орналасады. Ал бұл өз кезегінде құрылғының қоректену және өшу уақытын төмендетеді. Целлюлозалық негіз бен нанотүтікшеден тұратын нанокомпозиттерден ток өткізетін қағазды жасауға болады. Егер қағазды электролитке қойсақ, иілгіш батарея тәрізді зат пайда болады. Сондай-ақ электрондық өндірісте нанокомпозиттерді термоэлектрлік материалдар алу үшін қолданбақшы. Ғалымдар нанокомпозиттердің зақымдалған сүйектердің құрылымының қайта қалпына келуін тездететініне сенеді. Ал 2012 жылы басқа ғалымдар тобы нанокомпозиттерді стоматологияда тіс эмалін қалпына келтіруде қолдануға ұсынды. Сондай-ақ егер магниттік бөлшектерді флуоресценттік бөлшектермен қоссақ, осы екі эффектіге де ие материал алуға мүмкіндік бар. Осындай нанокомпозиттің магниттік қасиеттері есебінен организмдегі қауіпті ауруларды тез анықтауға мүмкіндік береді. Ал операция кезінде подсветка дәрігерлер жұмысын жеңілдетеді.

44) Мембрана. Құрамы, құрылысы, қасиеттері.Нанотехнологияда қолдануы.Мембрана — клетканың және клетка ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), белокты-липидтік құрылымды жұқа қабықша.

Биологиялық мембраналардың қызметі. Биологиялық мембраналардың мынадай негізгі үш қызметі бар: бөгеттік (барьерлік), матрицалық және механикалық.

Бөгеттік (барьерлік) қызметі мынада: қоршаған ортамен жасушаның арасында таңдамалы (селиктивті), кезекпен, белсенді және енжар зат алмасу процестері жүреді. Таңдалмалы дейтін себебі биологиялық мембрана арқылы заттың бір тобы тасымалданса, басқа топқа жататын заттар тасымалданбайды; кезекпен дейтін себебі тасымалданатын заттар жасушаның жұмысына сәйкес мембранадан кезектесіп ретімен өтеді; белсенді дейтін сеьеьі заттар таралымы (концентрациясы) аз жерден таралымы көп дерге қарай тасымалданады; енжар дейтін себебі тасымалдану зат таралымы көп жерден таралымы аз жерге қарай жүреді.Матрицалық – мембранадағы ақуыздардың орналасуын, олардың бағытын және өзара ұтымды әсерлесуін қамтамасыз етеді.Механикалық – жасушалар және жасуша ішіндегі құрылымдар берік болып өзін-өзі басқарады.Сонымен қатар биологиялық мембраналар тағы да мынадай қызметтер атқарады:энергетикалық – митохондрийдің ішкі мембраналарында АТФ-ті синтездеу және хлоропласт мембранасында фотосинтездеу;

Биопотенциалдарды өндіру және оларды тарату;

Рецепторлық (механикалық, акустикалық, иіс сезу, көру, химиялық, жылу рецепциясы) және т.б қызметтер.

Биологиялық мембраналардың құрылысы.Биологиялық мембрана құрылысының алғашқы моделін 1902 жылы Отвертон деген ғалым ұсынды. Ол мембрана арқылы липидтерде жақсы еритін заттар тез өтетінін байқаған. Осыны басты негізгі ала отырып мембраналар фосфолипидтердің жұқа қабатынан тұрады деген идеяны ұсынған. 1925 жылы Гортер мен Грендель эритроциттер мембранасынан алынған липидтердің бір қабатының аудыны эритроциттердің аудандарының қосындысынан екі есеге жуық үлкен болатынын дәлелдеген. Мембрананың электрлік параметрлерін зерттеген ғалымдар Коул мен Кертис 1935 жылы мынадай қортындыға келді: биологиялық мембраналардың кедергісі өте көп ( ) және электрсыйымдылығы да үлкен ( ) екен.Биологиялық мембраналарды электрсыйымдылық (конденсатор) деп қарастыруға болады. Липид молекуласының ұзындығы 3,5 нм ақуыздың бір қабатының қалындығы 1 нм-ден аспайды деп есептегенде жасуша мембранасының қалындығы мөлшермен 8 нм болды. Сонымен қатар ақуыздың бір молекуласына липидтердің мөлшермен 75-90 молекулалары келеді деп саналады. Осы нәтиже электрондық микроскопты қолданып жүргізілген тәжірибенің қорытындысы сәйкес келген.1935ж Даниэл мен Девсонның «бутерброд» (сэндвич) моделінде мембрананы үш қабатты деп қарастырды: сыртқы беттерінде ақуыз молекулалары, ішкі бетінде липидтер молекулалары орналасқан. 1972 жылы Сингер мен Никольсон биологиялық мембрананың сұйықтық-мозаикалық моделін ұсынды.Осы модель бойынша биологиялық мембрананың негізі- қос қабатты фосфолипидтің ішіндегі ақуыздар орналасқан. Ол ақуыздар алтынға батырылған асыл тас сияқты орналасқан. Биологиялық мембраналарды зерттеу әдісі. Қалыпты жағдайда (температура, қысым және қоршаған ортаның химиялық күйі) биологиялық мембраналардың липидтік фазасы сұйық күйде болады. Ол флюоресцеттік анализ, электрондық-парамагниттік резонанас және ядролық магниттік резонанс әдістерімен зерттеу арқылы дәлелденген. Флюоренсценттік анализ мембранадағы фосфолипидтер молекулаларының қозғалыштығын мембрананың липидтік фазасындағы микро-тұтқұрлығын анықтауға мүмкіндік жасайды. Мембрананың тұтқұрлығын флюоресценция спектрінің өзгерісі арқылы және поляризацияланған жарықпен жарықтағанда флюоресценттік сәуле шығарудың Р- пояризация дәрежесімен де анықтауға болады.

Мембранадағы липидтердің физикалық күйі.

Температураға, қысымға, химиялқ компаненттердің таралуына байланысты заттың физикалық күйі сұйық, қатты, дене және плазма болады.

Физиологиялық жағдайда липидтік қос қабатты мембраналар сұйық күйде болады. Мембранадағы фосфолипидтер молекулаларының «орнықты уақыты» өте аз, ол мөлшермен 10ˉ⁷ - 10ˉ² с болады.

Сонымен қатар мембранадағы молекулалардың орналасуы ретсіз емес. Олардың орналасуында қашықтықтан реттелетін (дальный порядок) байланыс бар. Фосфолипид молекулалары қос қабатты болып орналасады, олардың гидрофобты құйрықтары бір-біріне параллель орналасады, ал гидрофильді бастары бір бағытта болады.

Молекулалар арасындағы байланыс, қашықтан реттелетін, бірақ агрегаттық күйі сұйық болса, онда оны сұйық – кристалды күй дейді.

47.Белоктар. Құрылымы, қасиеттері. Белоктың фолдингі. Белок биосинтезі.БЕЛОКТАР(ақуыздар, протеиндер) грек тілінде «бірінші» деген мағынаны білдіреді) - жоғары молекулалық полимерлі заттар, гидролизге түскенде аминқышқылдарына ыдырайды. Белоктардың құрамына 20 амин қышқылының қалдығы кіреді. БЕЛОКТАР – тіршіліктің көзі, бүкіл тірі организмдердің құрамына кіретін заттардың ең маңыздыларының бірі. Организмде көптеген қызметтерді атқарады. Белоктардың организмде атқаратын қызметтері (функциялары):Құрылыс - белоктар протоплазманың негізін құрайды, липидтер мен бірге олар клеткалар мен органеллалардың мембраналарын түзеді; Каталитикалық - барлықбиохимиялық құбылыстар ферменттердің қатысымен жүреді;Қозғалтатын - қозғалу, бұлшық еттердің жыйырылып-созылуы;Транспорттық - оттегі транспорты (гемоглобин, миоглобин), альбумин (май қышқылдарын, органикалық заттарды мембранадан тасымалдауы);Қорғаныс - антиген-антитело, тромбин - қан ұйуы, муциндер - асқазан мен шек клеткаларының қабырғасы;Гормондық - гормондар (инсулин, вазопрессин);Қоректік - сүттегі казеин, жұмыртқадағы овальбумин;Сүйеу - сүйектер, шеміршектер, буын сүйектері;Рецепторлық - әрөтүрлі заттарды танып, байланыстыруы (гликопротеидтер);Белоктар - регуляторлар, белоктар - ингибиторлар.

Белоктардың молекулаларында аминқышқылдарының қалдықтары өзара бiрiмен-бiрi байланысып полипептидтiк тiзбекті құрады. Полипептидтік тізбекте бір аминқышқылының карбоксил тобының көміртек атомы екінші аминқышқылының NН2 –тобының азот атомы коваленттік байланысады. Бұл байланысты (-СО-NH-) пептидтiк байланыс деп атайды.

NН2-СН-СООН + NH2-СН2-СООН NН2-СН-СО-NH-СН2-СООН +Н2О

| |

СН3 СН3

Аланин Глицин Аланил-глицин

Полипептидтiк тiзбек бiр белгiлi бағытта жазылады, оң жақта бос NН2-тобы бар, сол жақта бос СООН-тобы бар аминқышқылының қалдығы орналасады.Полипептидтiк тiзбектi үнемi қайталанатын (NH-СН-СО) және өзгерiске ұшырайтын (R - бүйiрлiк топтары) бөлiктерге бөлуге болады

Белок молекуласының құрылымы.

1.Белоктың бiрiншi реттiк құрылымы – полипептидтiк тiзбекте аминқышқылдарының белгiлi бiр ретпен жалғасып орналасуы. 2 Белоктың екiншi реттiк құрылымы – полипептидтiк тiзбекте жақын орналасқан аминқышқылы қалдықтарының кеңiстiкте өзара құрылысы. 3. Белоктың үшiншi реттiк құрылымы – полипептидтiк тiзбекте алыс орналасқан аминқышқылы қалдықтарының кеңiстiкте құрылысы.4. Белоктың төртiншi реттiк құрылымы – екi, үш, төрт немесе одан да көп полипептидтiк тiзбектерден (суббөлiктерден) құрылған белок молекуласында суббөлiктердiң кеңiстiкте өзара орналасуы.

Нуклеин қышқылдары –клетканың ядросындатабылған жоғары молекулалыққосылыстар. Нуклеинқышқылдарыныңмолекулалары – тiзбектi полимерлер.ДНҚ-ның бiр молекуласы клетканың ядролық бөлiгiнде орналасқан. Диплоидті эукариоттардың клеткаларында ДНҚ – негiзiнен, клетканың ядросында, шағын ғана мөлшерi цитоплазмада және митохондрияда орналасқан. Ядрода орналасқан ДНҚ молекуласы гистондармен байланысқан. Гистондар – бұл негiздiк қасиетi бар белоктар.Нуклеин қышқылдары – генетикалық мәлiметтi сақтау және оны ұрпақтан-ұрпаққа тарату (негiзгi қызметі). Ағзадақызметатқаратынбелоктардың молекулаларындағыаминқышқылдарының ретпенорналасуытуралымәлiметнуклеинқышқылының құрылымындажазылған.

Нуклеинқышқылдарыекi топқабөлiнеді:-дезоксирибонуклеинқышқылдарына (ДНҚ) ,-рибонуклеинқышқылдарына (РНҚ).

ДНҚмолекуласыбарлықтiрi ағзадагенетикалық ақпараттысақтаушы. ДНҚмолекуласындажазылғанмәлiметделдал-молекулаарқылыбелок молекулаларынаберiледi. Делдал-молекуларетiндеРНҚқызметатқарады.