Медичний факультет

Медична і біологічна фізика Лекція №9 Тема: “Фізичні основи будови біологічних мембран. Транспорт речовин крізь біологічні мембрани”

П л а н :

1. Структурні основи біологічних мембран.

2. Модельні ліпідні мембрани.

3. Білки і ліпіди біомембран.

4. Явища переносу речовин через біомембрани. Дифузія. Рівняння Фіка.

5. Осмос. Фільтрація. Електроосмос.

6. Молекулярна організація активного транспорту речовин через біомембрани.

Література

1. Чалий О.В., Агапов Б.Т.,Меленевська А.В. та ін. Медична і біологічна фізика. –К.,2001. – С 35-52.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. - С. 243-263.

3. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. - М.: Медицина, 1983. - С. 95-133, 147-172.

4. Губанов Н.М., Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика. - М.: Медицина. 1987.-С.124-189.

5. Рубин А.Б. Биофизика. - М.: Высшая школа, 1987. Т.2, гл. ХV, XVII, XXII.

6. Костюк П.Г. и др. Биофизика. – К. Высшая школа, 1988. – С. 6 – 37.

Біологічні мембрани (лат. membrana - оболонка) - це функціонально активні, поверхневі структури клітин товщиною в декілька молекулярних шарів, які обмежують цитоплазму і більшість внутрішньоклітинних структур.

Мембрану, яка обмежує клітину ззовні, називають плазматичною або цитоплазматичною.

Внутрішньоклітинні (субклітинні) мембрани називають органоїдними, більш точна їх назва походить від назви органоїдів, які вони обмежують. Тваринна клітина

Плазматична мембрана

мембрана ендоплазматичного (саркоплазматичного) ретикулуму

мембрана мітохондріальна

мембрана ядерна

мембрана комплексу Гольджі

мембрана лізосом, фагосом

мембрана пероксисом (мікротілець)

Вивчення структури і функціонування біологічних мембран має важливе значення для теоретичної і клінічної медицини.

Функції біомембран.

а) відмежовування внутрішньоклітинного простору від навколишнього хімічного середовища за рахунок відбіркової 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 системи;

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 (наприклад, електронтранспортних ланцюгів у мембранах мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму, функціонування іонних каналів та насосів);

е) участь у процесах міжклітинної взаємодії як необхідного фактору регуляції клітинного росту, створення тканин (гістогенезу).

Більшість патологічних процесів в організмі пов’язані з порушеннями бар’єрної і структурної функцій мембрани. Дія багатьох лікарських речовин напрямлена на зміну функцій мембран; ефективність ліків залежить від їх здатності проникати через мембрани або зв’язуватись з ними.

Із історії дослідження біомембран.

Термін “мембрана” стосовно біологічної клітини введений німецьким вченим Молем в 1851 р.

Перша модель мембрани запропонована в 1902 р. Овертоном. Він стверджував, що мембрана є тонким шаром ліпідів. Такий висновок грунтувався на тому, що через мембрани відносно добре проникають речовини, які розчинні в ліпідах. Між проникливістю речовин і їх розчинністю в ліпідах є прямий зв’язок.

В 1925 р. Гортер і Грендел в експериментах з еритроцитами показали, що моношар ліпідів, екстрагованих із еритроцитів, займає на поверхні води площу в два рази більшу від сумарної площі поверхні всіх еритроцитів. Звідси висновок - мембрана еритроциту є біліпідним шаром.

Разом з тим, еластичність, яка властива мембранам, і здатність мембран окремих клітин до скорочення, вказують на те, що до складу мембран повинні входити білки. На наявність білків на поверхні мембрани вказували і дослідження поверхневого натягу клітин.

В 1935 році Даніелі і Давсон сформулювали гіпотезу про трьохшарову структуру мембрани (бутербродна модель). За їх уявленнями мембрана - це подвійний ліпідний шар покритий з двох сторін шарами глобулярних білків.

В 50-х роках, вивчаючи ультратонкі зрізи клітин методом електронної мікроскопії, була підтверджена гіпотеза про трьохшаровий характер біологічних мембран і оцінена їх товщина величиною порядка 10 нм для плазматичних і дещо менше для органоїдних мембран.