Проводящий механизм биологических мембран реферат

Обновлено: 25.06.2024

Мембранный транспорт – транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов – простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.

Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в ее способности пропускать в клетку и из нее различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция клеточной мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, т.е. способностью пропускать одни вещества и не пропускать другие. Легче всего проходят через липидный бислой неполярные молекулы с малой молекулярной массой (кислород, азот, бензол). Достаточно быстро проникают сквозь липидный бислой такие мелкие полярные молекулы, как углекислый газ, оксид азота, вода, мочевина. С заметной скоростью проходят через липидный бислой этанол и глицерин, а также стероиды и тиреоидные гормоны. Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутрення часть гидрофобна. Так, для воды коэффициент проницаемости (см/с) составляет около 10-2, для глицерина – 10-5, для глюкозы – 10-7, а для одновалентных ионов – меньше 10-10.

Перенос крупных полярных молекул и ионов происходит благодаря белкам-каналам или белкам-переносчикам. Так, в мембранах клеток существуют каналы для ионов натрия, калия и хлора, в мембранах многих клеток – водные каналы аквапорины, а также белки-переносчики для глюкозы, разных групп аминокислот и многих ионов. Активный и пассивный транспорт.

Мембраны формируют структуру клетки и осуществляют ее функции. Нарушение функций клеточной и внутриклеточной мембран лежит в основе необратимого повреждения клеток и, как следствие, развитие тяжелых заболеваний сердечно-сосудистой, нервной, эндокринной системы.

1. Основные факты о строении клеточной мембраны.

К клеточным мембранам относятся плазмолемма, кариолемма, мембраны митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом. Общей чертой всех мембран клетки является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеиновой природы, (липиды в комплексе с белками). Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (40%) и белки (60%); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы (5-10%).

Плазматическая мембранна окружает каждую клетку, определяет ее размер и обеспечивает сохранение различий между содержимым клетки и внешней средой. Мембрана служит высокоизбирательным фильтром и отвечает за активный транспорт веществ, то есть, поступление в клетку питательных веществ и вывод наружу вредных продуктов жизнедеятельности. Наконец, мембрана ответственна за восприятие внешних сигналов, позволяет клетке реагировать на внешние изменения. Все биологические мембраны представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий.

Основу любой молекулярной мембраны составляют молекулы липидов, образующих бислой. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов в разных мембранах неодинаков. Например, плазматическая мембрана, в отличие от мембран эндоплазматической сети и митохондрий обогощена холестерином. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины и из стероидных липидов – холестерин.

Первые опыты, подтверждающие это, были проведены в 1925 году.

Формирование бислоя является особым свойством молекул липидов и реализуется даже вне клетки. Важнейшие свойства бислоя: способность к самосборке – текучесть – ассиметричность.

2. Общие представления о проницаемости.

Xарактеристика мембран, стенок сосудов и эпителиальных клеток, отражающая способность проводить химические вещества; различают активную (активный транспорт веществ) и пассивную П. (фагоцитоз

); пассивная и (в ряде случаев) активная П. (крупных молекул) обеспечиваются мембранными порами, П. для низкомолекулярных веществ (например, ионов) обеспечивается специфическими мембранными структурами с участием молекул-переносчиков.

Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию и воспроизведению – это живая клетка – основа строения всех животных и растений. Важнейшими условиями существования клетки являются, с одной стороны, автономность по отношению к окружающей среде (вещество клетки не должно смешиваться с веществом окружения, должна соблюдаться автономность химических реакций в клетке и ее отдельных частях); с другой стороны, связь с окружающей средой (непрерывный, регулируемый обмен веществом и энергией между клеткой и окружающей средой). Живая клетка – открытая система.

Содержание работы

Введение
Биологические мембраны. Основные функции биомембран.
Общее представление о проницаемости биомембран.
Электрические характеристики биомембран.
Строение ионных каналов и переносчиков.
Механизмы электрогенеза.
Заключение
Литература.

Файлы: 1 файл

Биофизика СРС 1.doc

Дисциплина: Медицинская биофизика

Кафедра: Естественно – математические дисциплины

Тема: Механизмы проницаемости биологических мембран. Строение и функции ионных каналов и переносчиков. Механизмы электрогенеза.

Форма выполнения: реферат

Выполнила: Калихан А.Т

Проверила: Турганбаева А.У

  1. Биологические мембраны. Основные функции биомембран.
  2. Общее представление о проницаемости биомембран.
  3. Электрические характеристики биомембран.
  4. Строение ионных каналов и переносчиков.
  5. Механизмы электрогенеза.

1.Биологические мембраны. Основные функции биомембран.

Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию и воспроизведению – это живая клетка – основа строения всех животных и растений. Важнейшими условиями существования клетки являются, с одной стороны, автономность по отношению к окружающей среде (вещество клетки не должно смешиваться с веществом окружения, должна соблюдаться автономность химических реакций в клетке и ее отдельных частях); с другой стороны, связь с окружающей средой (непрерывный, регулируемый обмен веществом и энергией между клеткой и окружающей средой). Живая клетка – открытая система.

Единство автономности от окружающей среды и одновременно тесной связи с окружающей средой – необходимое условие функционирования живых организмов на всех уровнях их организации. Поэтому важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни – нормальное функционирование биологических мембран.

Биологическая мембрана (БМ) – пространство между живыми клетками, которое способно защищать клетку, питать и т.д.

Физические, химические и физико-химические свойства биомембран обеспечивают выполнение ими определенных функций, без которых невозможна жизнедеятельность организма. В самом общем виде применительно к мембранам всех типов многообразие этих функций можно свести к 3 основным: механической, барьерной и матричной. Механическая функция заключается в поддержании морфологической целостности и относительной автономности как клетки в целом, так и внутриклеточных органоидов. Она основана, прежде всего, на механических свойствах мембранных структур. Под барьерной функцией понимают создание биомембраной препятствий для свободного переноса веществ через нее. Для одних агентов биомембрана является непреодолимым препятствием, другие легко проходят сквозь нее, причем, как правило, только в определенном направлении, как того требуют векторные свойства мембраны. Матричная функция. Биомембрана служит матрицей для белков-рецепторов, ферментов и других физиологически активных веществ, обеспечивая пространственную организацию рецепторных взаимодействий, метаболических реакций, переноса энергии и других метаболических процессов. Так, биомембраны объединяют встроенные в них ферменты в единый конвейер, где каждый из них действует согласованно с остальными.

2.Общее представление о проницаемости биомембран.

Проницаемость биомембран регулируется гормонами и другими биологически активными веществами. Так, некоторые стероидные гормоны, инсулин и др. увеличивают проницаемость мембран эритроцитов, мышечных и жировых клеток. Проницаемость биомембран возбудимых клеток (например, нервных) зависит от особых веществ — медиаторов (ацетилхолин и др.). На проницаемость биомембран для ионов сильно влияют антибиотики (валиномицин, грамицидин, нонактин), а также некоторые синтетические полиэфиры. В исследованиях П. б. м. — одной из важнейших проблем молекулярной биологии - большое значение имеют модельные мембраны: липидные монослои, искусственные двухслойные мембраны, многослойные замкнутые мембраны (липосомы) и т.п. Для изучения проницаемости биомембран широко применяются электро-химические, физические и химические методы.

Рис. 1. Транспорт веществ через биологическую мембрану с участием переносчиков: S — субстракт; X, Y, a, b, c, d, e — переносчики; А — транспорт с участием одного переносчика, Б — транспорт с участием двух переносчиков, В — транспорт по специфическому каналу (поре).

Рис. 2. Механизмы вторичной транслокации: S и R — субстраты, Х — переносчик; А — унипорт, Б — симпорт, В — антипорт.

3.Электрические характеристики мембран.

Особая морфология клеточных мембран определяет их электрические характеристики, среди которых наиболее важными являются емкость и проводимость.

Емкостные свойства в основном определяются фосфолипидным бислоем, который непроницаем для гидратированных ионов и в то же время достаточно тонок (около 5 нм), чтобы обеспечивать эффективное разделение и накопление зарядов и электростатическое взаимодействие катионов и анионов. Кроме того, емкостные свойства клеточных мембран являются одной из причин, определяющих временные характеристики электрических процессов, протекающихщих на клеточных мембранах.

Проводимость (g) — величина, обратная электрическому сопротивлению и равная отношению величины общего трансмембранного тока для данного иона к величине, обусловившей его трансмембранной разности потенциалов. Через фосфолипидный бислой могут диффундировать различные вещества, причем степень проницаемости (Р), т. е. способность клеточной мембраны пропускать эти вещества, зависит от разности концентраций диффундирующего вещества по обе стороны мембраны, его растворимости в липидах и свойств клеточной мембраны. Скорость диффузии для заряженных ионов в условиях постоянного поля в мембране определяется подвижностью ионов, толщиной мембраны, распределением ионов в мембране. Для неэлектролитов проницаемость мембраны не влияет на ее проводимость, поскольку неэлектролиты не несут зарядов, т. е. не могут переносить электрический ток. Проводимость мембраны является мерой ее ионной проницаемости. Увеличение проводимости свидетельствует об увеличении количества ионов, проходящих через мембрану.

4.Строение и функции ионных каналов.

Ионы Na+, K+, Са2+, Сl- проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Размер каналов довольно мал (диаметр 0,5—0,7 нм). Расчеты показывают, что суммарная площадь каналов занимает незначительную часть поверхности клеточной мембраны.

Наружная часть канала сравнительно доступна для изучения, исследование внутренней части представляет значительные трудности. П. Г. Костюком был разработан метод внутриклеточного диализа, который позволяет изучать функцию входных и выходных структур ионных каналов без применения микроэлектродов. Оказалось, что часть ионного канала, открытая во внеклеточное пространство, по своим функциональным свойствам отличается от части канала, обращенной во внутриклеточную среду. Именно ионные каналы обеспечивают два важных свойства мембраны: селективность и проводимость.

Селективность, или избирательность, канала обеспечивается его особой белковой структурой. Большинство каналов являются электроуправляемыми, т. е. их способность проводить ионы зависит от величины мембранного потенциала. Канал неоднороден по своим функциональным характеристикам, особенно это касается белковых структур, находящихся у входа в канал и у его выхода (так называемые воротные механизмы).

Рассмотрим принцип работы ионных каналов на примере натриевого канала. Полагают, что в состоянии покоя натриевый канал закрыт. При деполяризации клеточной мембраны до определенного уровня происходит открытие m-активационных ворот (активация) и усиление поступления ионов Na+ внутрь клетки. Через несколько миллисекунд после открытия m-ворот происходит закрытие п-ворот, расположенных у выхода натриевых каналов (инактивация). Инактивация развивается в клеточной мембране очень быстро и степень инактивации зависит от величины и времени действия деполяризующего стимула.

Работа натриевых каналов определяется величиной мембранного потенциала в соответствии с определенными законами вероятности. Рассчитано, что активированный натриевый канал пропускает всего 6000 ионов за 1 мс. При этом весьма существенный натриевый ток, который проходит через мембраны во время возбуждения, представляет собой сумму тысяч одиночных токов.

При генерации одиночного потенциала действия в толстом нервном волокне изменение концентрации ионов Na+ во внутренней среде составляет всего 1/100000 от внутреннего содержания ионов Na гигантского аксона кальмара. Однако для тонких нервных волокон это изменение концентрации может быть весьма существенным.


На тему: Проводящий механизм биологических мембран.


  1. Введение…………………………………………………

  2. Важнейшие функции биологических мембран……….

Биологическая мембрана , биомембрана или клеточная мембрана -это селективно проницаемая мембрана , которая отделяет клетку от внешней среды или создает внутриклеточные компартменты . Биологические мембраны в виде мембран эукариотических клеток состоят из фосфолипидного бислоя со встроенными, интегральными и периферическими белками , используемыми для связи и транспортировки химических веществ и ионов . Основная масса липидов в клеточной мембране обеспечивает жидкую матрицу для вращения белков и их боковой диффузии для физиологического функционирования.

Для клетки и субклеточных частиц мембраны выполняют роль механического барьера, ограничивающего их от внешнего пространства. При этом, очевидно, мембраны — это не жестко фиксированные структуры, а гибкие, лабильные, постоянно обновляющиеся образования, остающиеся прочными и эластичными при деформации.

Реальные условия функционирования клетки часто сопряжены с наличием значительных механических градиентов на ее поверхности, преимущественно вследствие осмотического и гидростатического давления внутри клетки.

Основную механическую нагрузку в этом случае несет клеточная стенка (оболочка), построенная у высших растений в основном из целлюлозы, пектина и экстепсина, а у бактерий — сложного полисахарида муреина. В клетках животных необходимость в жесткой оболочке отсутствует, поскольку осмотическое давление обычно сбалансировано деятельностью систем активного транспорта (см. Транспорт ионов ). В ряде случаев нек-рую жесткость клеткам придают надмембранный слой толщиной 5—10 нм, образованный гликопротеидами, гликолипидами и кислыми мукополисахаридами, а также белковые структуры цитоплазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембраны.

В клетках, лишенных жесткой клеточной стенки, в зависимости от условий микроокружения плазматическая мембрана может образовывать различного типа выросты и выпячивания.

Структуры, сформированные при участии внутриклеточных мембран, отличаются высокой функциональной специфичностью и значительной лабильностью. Внутриклеточные мембраны часто образуют сложные мембранные системы, такие, как внутренняя и наружная мембраны митохондрий (см.), стопки дисков рецепторных клеток сетчатки, объединения мембран эндоплазматического и саркоплазматического ретикулума и др. Суммарная поверхность мембран очень велика, что, очевидно, позволяет им осуществлять большие функциональные нагрузки. Единственной клеткой, имеющей лишь одну плазматическую мембрану, является эритроцит млекопитающих.

Перенос веществ через биологические мембраны и регуляция этого процесса — одна из центральных функций клеточных мембран. Эти процессы сопряжены с такими важнейшими биол, явлениями, как поддержание внутриклеточного гомеостаза, возбуждение и проведение нервного импульса, запасание и трансформация энергии, процессы метаболизма и т. д.

Перенос веществ через клеточные мембраны состоит из движения молекул растворенных веществ и из движения самой воды. Вода проникает через мембраны почти в 50 раз быстрее, чем этого можно было ожидать из расчетов на основе количества образуемых ею водородных связей. Этот факт всегда служил веским доводом в пользу существования в мембране пор. Однако ряд экспериментальных фактов противоречит существованию в М. б. каких-либо фиксированных пор, а гипотезы о механизмах, объясняющих быстрое проникновение воды через мембраны, нуждаются в уточнении.

Движение ионов через мембраны происходит либо пассивно (путем диффузии по концентрационным или электрическим градиентам), либо путем активного транспорта, идущего против хим. или электрохим. потенциала с затратой энергии (преимущественно энергии гидролиза АТФ) и сопряженного с работой специализированных мембранных систем — так наз. мембранных насосов.

Пассивное движение ионов (в особенности катионов) через чисто липидную мембрану сильно затруднено главным образом из-за большой энергии дегидратации ионов — процесса, необходимого для проникновения ионов в липидную фазу мембраны.

В присутствии различных ионофоров (см.), облегчающих дегидратацию катионов (валиномицин, нонактин, нигерицин) или формирующих в мембране канал ионной проводимости (грамицидин), пассивная проницаемость чисто липидных мембран для катионов возрастает на несколько порядков и часто становится сравнимой с проницаемостью М. б.

Важной особенностью каналов пассивной проницаемости для ионов натрия и калия (напр., мембран эритроцитов) является их высокая чувствительность к содержанию внутриклеточного кальция. При возрастании концентрации ионов кальция в клетке пассивное движение ионов натрия и калия по градиенту их концентрации может превысить потоки, создаваемые натриевым насосом, что приводит клетку к целому ряду неблагоприятных последствий вплоть до гибели.

Пассивные потоки ионов через Мембраны биологические направлены на выравнивание градиентов и приведение ионной системы в равновесие. Активный транспорт — противоположный процесс, осуществляющий перенос ионов против градиента их концентрации и поддерживающий стационарные условия существования клетки (см. Транспорт ионов ).

В М. б. различного происхождения обнаружены системы активного транспорта ионов натрия, калия, кальция и водорода. Наиболее изучен натриевый насос (система, перекачивающая ионы натрия из клетки и ионы калия в клетку против их электрохимических градиентов). Натриевый насос работает, как правило, в электрогенном режиме, т. е. отношение числа перенесенных ионов натрия к калию (Na + /K + ) больше единицы — обычно оно равно 3/2. Процессы переноса ионов натрия и калия в насосе сопряжены (выделение натрия из клетки невозможно в бескалиевую среду). Однако неясно, всегда ли неразделимы эти процессы.

Гидролиз АТФ, обеспечивающий энергией перенос ионов, осуществляется основным компонентом натриевого насоса — Na + =K + -зависимой АТФ-азой; на каждую гидролизирующуюся молекулу АТФ транспортируется приблизительно три иона натрия и два — калия. Точная архитектура натриевого насоса и механизмы его работы еще не выяснены, хотя предполагают, что это липопротеиновая глобула, в состав к-рой входят две белковые субъединицы, имеющие на внутренней стороне мембраны центры связывания АТФ, фосфата и натрия, а на наружной поверхности — центры связывания калия. Предполагают, что непосредственный перенос ионов в натриевом насосе осуществляется в результате конформационных перестроек ионосодержащего фосфорилированного фермента с последующим отщеплением ионов (калий — внутрь клетки, а натрий — в окружающую среду) с восстановлением исходной конформации фермента.

Система активного транспорта ионов кальция и структура глобулы кальциевого насоса, локализованного в мембранах саркоплазматического ретикулума, имеет много общего с натриевым насосом. Основным компонентом насоса является кальцийзависимая АТФ-аза. Механизм переноса иона и АТФ-азной реакции включает образование фосфорилированного промежуточного продукта (в присутствии ионов кальция) и его последующий гидролиз. Стехиометрия этого процесса, измеряемая отношением Ca 2+ /АТФ, равна 2 в начале транспорта и резко снижается по мере накопления ионов кальция в везикулах. В солюбилизированном виде кальцийзависимая АТФ-аза представляет собой липопротеид с мол. массой 150 000. Мол. масса белковой части молекулы составляет примерно 100 000, и из нее удалось выделить полипептид с мол. массой 33 000, обладающий АТФ-азной активностью. Предполагается, что в работе кальциевого насоса в качестве фактора сопряжения участвует еще и липопротеид с мол. массой 6000 — 12 000. Кальциевый насос имеется и в мембране эритроцитов.

Активный перенос ионов водорода (протонов) осуществляется в сопрягающихся мембранах. Он также обеспечивается энергией за счет функционирования АТФ-аз. Хотя структура водородзависимой АТФ-азы не установлена, несомненно, что она несколько отличается от Ca 2+ - и Na + -, K + -АТФ-аз. H + -АТФ-аза имеет значительно большую молекулярную массу и иную четвертичную структуру; фосфорилирования фермента, по всей видимости, не происходит при гидролизе АТФ H + -АТФ-азной реакции, а переносимый ион (H + ) является непосредственным продуктом АТФ-азной реакции.

Наиболее простым насосом, активно переносящим H + через мембрану, по-видимому, является бактериородопсин галофильных бактерий. Этот содержащий ретиналь мембранный белок с мол. массой менее 27 000, образующий в мембране особые участки (бляшки), при освещении транспортирует ионы водорода из бактерий в окружающую среду.

Перенос различных органических веществ-неэлектролитов через клеточные мембраны также осуществляется различными механизмами. Наиболее простой путь — простая диффузия по концентрационным градиентам (см. Диффузия ). Часто процесс переноса совпадает по направлению со свободной диффузией, но существенно превосходит ее по скорости. Этот процесс называют облегченной диффузией. Ускоренный транспорт веществ (аминокислот, сахаров, пуринов) по механизму облегченной диффузии должен приводить к быстрому выравниванию трансмембранных градиентов. Однако в клетке эти вещества обычно быстро утилизируются в метаболических процессах и трансмембранные градиенты сохраняются. Механизм процесса облегченной диффузии можно представить следующим образом: специфическое узнавание и связывание транспортируемого вещества переносчиком, последующий перенос его через мембрану (по градиенту концентрации), диссоциация комплекса и обратное движение переносчика по градиенту его концентрации. Роль переносчиков в этом процессе, вероятно, выполняют транспортные белки. В целом процесс не нуждается в энергии.

Любая молекула может пройти через липидный бислой, однако скорость пассивной диффузии веществ, т.е. перехода вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей, может сильно отличаться. Для некоторых молекул это занимает столь длительное время, что можно говорить об их практической непроницаемости для липидного бислоя мембраны. Скорость диффузии веществ через мембрану зависит главным образом от размера молекул и их относительной растворимости в жирах.

Легче всего проходят простой диффузией через липидную мембрану малые неполярные молекулы, такие как О2, стероиды, тиреоидные гормоны, а также жирные кислоты. Малые полярные незаряженные молекулы - СО2, NH3, Н2О, этанол, мочевина - также диффундируют с достаточно большой скоростью. Диффузия глицерола идёт значительно медленнее, а глюкоза практически не способна самостоятельно пройти через мембрану. Для всех заряженных молекул, независимо от размера, липидная мембрана непроницаема.

Транспорт таких молекул возможен благодаря наличию в мембранах либо белков, формирующих в липидном слое каналы (поры), заполненные водой, через которые могут проходить вещества определённого размера простой диффузией, либо специфических белков-переносчиков, которые избирательно взаимодействуя с определёнными лигандами, облегчают их перенос через мембрану (облегчённая диффузия).

Кроме пассивного транспорта веществ, в клетках есть белки, активно перекачивающие определённые растворённые в воде вещества против их градиента, т.е. из меньшей концентрации в область большей. Этот процесс, называемый активным транспортом, осуществляется всегда с помощью белков-переносчиков и происходит с затратой энергии.

Наружная часть канала сравнительно доступна для изучения, исследование внутренней части представляет значительные трудности. П. Г. Костюком был разработан метод внутриклеточного диализа, который позволяет изучать функцию входных и выходных структур ионных каналов без применения микроэлектродов. Оказалось, что часть ионного канала, открытая во внеклеточное пространство, по своим функциональным свойствам отличается от части канала, обращенной во внутриклеточную среду.

Именно ионные каналы обеспечивают два важных свойства мембраны: селективность и проводимость.

Селективность, или избирательность, канала обеспечивается его особой белковой структурой. Большинство каналов являются электроуправляемыми, т. е. их способность проводить ионы зависит от величины мембранного потенциала. Канал неоднороден по своим функциональным характеристикам, особенно это касается белковых структур, находящихся у входа в канал и у его выхода (так называемые воротные механизмы).

Проницаемость биологических мембран, важнейшее свойство биологических мембран (БМ), заключающееся в их способности пропускать в клетку и из неё различные метаболиты (аминокислоты, сахара, ионы и т.п.). П. б. м. имеет большое значение для осморегуляции и поддержания постоянства состава клетки, её физико-химический гомеостаз; играет важную роль в генерации и проведении нервного импульса, в энергообеспечении клетки, сенсорных механизмах и др. процессах жизнедеятельности.

Оглавление

Введение
Общие представления о проницаемости.
Перенос молекул через мембрану.
Проницаемость мембран для различных веществ
Пассивный транспорт
Диффузия
Активный транспорт
Транспортные белки: унипорт, симпорт и антипорт
Ионные каналы
Строение ионных каналов
Функции ИК
Список Литературы

Файлы: 1 файл

Механизм проницаемости биологических мембран.pptx

СРС
На тему: Механизм проницаемости биологических мембран. Строение и функции ионных каналов и переносчиков.

Проверила: Нурмаганбетова Мугульсум Омаровна

Выполнил: Абдул Рахман Тимор Шах

Факультет: Общая Медицина

Группа: ОМ 043-12-01

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.Д.АСФЕНДИЯРОВА

    • Введение
    • Общие представления о проницаемости.
    • Перенос молекул через мембрану.
    • Проницаемость мембран для различных веществ
    • Пассивный транспорт
    • Диффузия
    • Активный транспорт
    • Транспортные белки: унипорт, симпорт и антипорт
    • Ионные каналы
    • Строение ионных каналов
    • Функции ИК
    • Список Литературы
      • Проницаемость биологических мембран, важнейшее свойство биологических мембран (БМ), заключающееся в их способности пропускать в клетку и из неё различные метаболиты (аминокислоты, сахара, ионы и т.п.). П. б. м. имеет большое значение для осморегуляции и поддержания постоянства состава клетки, её физико-химический гомеостаз; играет важную роль в генерации и проведении нервного импульса, в энергообеспечении клетки, сенсорных механизмах и др. процессах жизнедеятельности. П. б. м. обусловлена особенностями строения БМ, являющихся осмотическим барьером между клеткой и средой, и служит характерным примером единства и взаимосвязи между структурой и функцией на молекулярном уровне.

      Общие представления о проницаемости.

        • Xарактеристика мембран, стенок сосудов и эпителиальных клеток, отражающая способность проводить химические вещества; различают активную (активный транспорт веществ) и пассивную П. (фагоцитоз и пиноцитоз); пассивная и (в ряде случаев) активная П. (крупных молекул) обеспечиваются мембранными порами, П. для низкомолекулярных веществ (например, ионов) обеспечивается специфическими мембранными структурами с участием молекул-переносчиков.

        Перенос молекул через мембрану.

          • Так как внутренняя часть липидного слоя гидрофобна, он представляет собой практически непроницаемый барьер для большинства полярных молекул. Вследствие наличия этого барьера, предотвращается утечка содержимого клеток, однако из-за этого клетка была вынуждена создать специальные механизмы для транспорта растворимых в воде веществ через мембрану. Перенос малых водорастворимых молекул осуществляется при помощи специальных транспортных белков. Это особые трансмембранные белки, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул.
            • В клетках существуют также механизмы переноса через мембрану макромолекул (белков) и даже крупных частиц. Процесс поглощения макромолекул клеткой называется эндоцитозом. В общих чертах механизм его протекания таков: локальные участки плазматической мембраны впячиваются и замыкаются, образуя эндоцитозный пузырек, затем поглощенная частица обычно попадает в лизосомы и подвергается деградации.

            Проницаемость мембран для различных веществ

              • Одна из главных функций мембран — регу ляция переноса веществ. Существуют два способа переноса веществ через мембрану: пассивный и активный транспорт:

              Транспорт веществ через мембраны

                • Если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацие й в сторону низкой концентрации (т.е. по градиенту концентрации этого вещества) без затраты клеткой энергии, то такой транспорт называется пассивным, или диффузией.
                • Различают два типа диффузии:
                • простую
                • и облегченную.
                  • Простая диффузия характерна для небольших нейтральных моле кул (H2O, CO2, O2), а также гидрофобных низкомолек улярных органических веществ. Эти молекулы могут проходить без какого—либ о взаимодействия с мембранными белками через по ры или каналы мембраны до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.
                    • Характерна для гидрофильных молекул, которые переносятся через мемб рану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных мембранн ых белков — переносчиков. Для облегченной диффузии, в отличие от простой, характерна высокая избирательность, так как белок переносчик имеет центр связывания комплементарный транспортируемому веществу, и перенос сопровождается конформационными изменениями белка. Один из возможных механизмов облегченной диффузии может быть следующим: транспортный белок (транслоказа) связывает вещество, затем сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это вещество, принимает исходную конформацию и вновь готов выполнять транспортную функцию.
                      • Активный транспорт имеет место в том случае, когда перенос осуществляется против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки. Источником энергии часто является АТР. Для активного транспорта кроме источника энергии необхо димо участие мембранных белков. Одна из активных транспортных систем в клетке животных отвечает за перенос ионов Na+ и K+ через клеточную мембрану. Эта система называется Na+ — K+ — насос. Она отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды, в которой концентрация К+ выше, чем Na+ :
                        • Градиент концентрации калия и натрия поддерживается путем переноса К+ внутрь клетки, а Na+ наружу. Оба транспорта происходят против градиента концентрации. Такое распределение ионов определяет содержание воды в клетках, возбудимость нервных клеток и клеток мышц и другие свойства нормальных клеток. Na+ ,K+ —насос представляет собой белок — транспортную АТР—азу. Молекула этого фермента является олигомером и пронизывает мембрану. За полный цикл работы насоса из клетки в межклеточное вещество переносится три иона Na+, а в обратном направлении — два иона К+. При этом используется энергия молекулы АТР.
                          • Простой перенос растворимых веществ с одной стороны мембраны на другую называется унипортом
                          • Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия.
                            • Перенос другого вещества в том же направлении называется симпорт .
                            • Симпорт это активный перенос вещества через мембрану, осуществляемый за счет энергии градиента концентрации другого вещества

                            Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки.

                              • Антипорт — это перемещение вещ ества против градиента своей концентрации. При этом другое вещество движется в противоположном направлении по градиенту своей концентрации. Симпорт и антипорт могут происходить при всасывании аминокислот из кишечника и реабсорбции глюкозы из первичной мочи. При этом используется энергия градиента концентрации ионов Na+, создаваемого Na+, K+—АТР—азой.

                              Транспортные белки: унипорт, симпорт и антипорт

                                • Ионные каналы — это специализированные белки клеточной мембраны, образующие гидрофильный проход, по которому заряженные ионы могут пересекать клеточную мембрану по электрохимическому градиенту. Ток ионов, создаваемый при передвижении заряженных ионов через мембранные каналы, иногда рассматривается как форма обле гченной диффузии, так как в нем участвует трансп ортный белок.

                                Строение ионных каналов

                                  • ИК состоят из белков сложной структуры (белков-каналоформеров). Схематические изображения ИК приведены ниже, например: натриевый рецепторный ионный канал.

                                  На рисунке показан натриевый канал: вид сверху, с наружной стороны мембраны

                                  Главная функция ИК - обеспечивать управляемое перемещение ионов через мембрану.

                                  В зависимости от проходящих через них ионов ИК подразделяют на натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, протонные (водородные).

                                  Строение клеточной мембраны, ее жидкостно-мозаичная модель. Транспорт веществ через биологические мембраны. Мембранный транспорт. Проницаемость мембран для различных веществ. Вторичный активный транспорт ионов. Потенциал действия, потенциал покоя.

                                  Рубрика Биология и естествознание
                                  Вид реферат
                                  Язык русский
                                  Дата добавления 01.10.2012
                                  Размер файла 3,1 M

                                  Подобные документы

                                  Строение мембран. Мембраны эритроцитов. Миелиновые мембраны. Мембраны хлоропластов. Внутренняя (цитоплазматическая) мембрана бактерий. Мембрана вирусов. Функции мембран. Транспорт через мембраны. Пассивный транспорт. Активный транспорт. Ca2+ –насос.

                                  реферат [18,2 K], добавлен 22.03.2002

                                  Основные факты о строении клеточной мембраны. Общие представления о проницаемости. Перенос молекул через мембрану. Облегченная диффузия, пассивный и активный транспорт. Уравнение Фика. Сущность понятия "селективность". Строение и функции ионных каналов.

                                  презентация [323,1 K], добавлен 19.10.2014

                                  Мембранный транспорт: транслокация веществ через биологические мембраны с участием молекул-посредников. Механизмы клеточной проницаемости. Способы сопряжения транспорта с энергией метаболизма. Транспорт веществ из клетки в среду: секреция и экскреция.

                                  реферат [420,6 K], добавлен 26.07.2009

                                  Изучение строения и определение биологических функций клеточных мембран. Разнообразие функций каналов и переносчиков ионов через мембрану. Роль (Na)-насоса в поддержании допустимого осмотического давления в клетке. Электрические характеристики мембран.

                                  презентация [1,5 M], добавлен 05.03.2015

                                  Химический состав и строение биологических мембран. Процессы трансформации и запасания энергии путем фотосинтеза и тканевого дыхания. Транспорт веществ через клеточные мембраны, способность генерировать биоэлектрические потенциалы и проводить возбуждение.

                                  реферат [223,3 K], добавлен 06.02.2015

                                  Электрический потенциал на мембране нейронов в состоянии покоя. Изменение проницаемости мембраны. Распределение ионов в идеальной клетке. Ионное равновесие, электрическая нейтральность. Влияние внеклеточного калия и хлора на мембранный потенциал.

                                  реферат [432,3 K], добавлен 24.10.2009

                                  Регуляции биологических систем. Функции клеточной мембраны. Пассивный, активный трансмембранный транспорт. Изменение проницаемости ионов натрия и калия при развитии потенциала действия. Распространение возбуждения по немиелинизированному нервному волокну.

                                  Читайте также: