Биологиялық мембрана

 

 

 

Жоспары:

 

 

1.Кіріспе

2.Негізгі бөлім:

  А)Биологиялық мембрананның  молекулалық құрылысы мен қызметі

  Б)Иондық каналдар

3.Қорытынды 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биологиялық мембрана

 

Биологиялық мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), ақуызды-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық мембрана өткізгіштік қасиетіне байланысты жасушада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана жасушалық мембрана деп аталады. Клеткалық мембрана қос қабатты ақуызды-липидті молекулалардан тұрады. Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер 20 ғасырдың басында белгілі болды.

1902 ж. неміс ғалымы Э. Овертон мембрананың құрамында май тектес заттар болады деген пікір айтты.

1926 ж. америкалық биологтар  Э. Гортер мен Ф.Грендел адам  эритроцитінің қабықшасынан сол  затты бөліп шығарды.

Ал 1935 ж. ағылшын ғалымдары Л.Даниелли мен Г.Даусон және америкалық биолог Дж. Робертсон биологиялық мембрананың құрылымдық моделін ұсынды. Кейін электрондық микроскоп және рентгендік анықтау әдістерін қолдану нәтижесінде жасушаның барлық бөліктеріндегі биологиялық мембрана табиғатының ұқсас болатыны анықталды.

Биологиялық мембрана —  аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен  қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді. Сондай-ақ, биологиялық мембрана жасушаны қоршап, сыртқы ортадан оқшаулауы арқылы жасушаның морфологиялық тұтастығын сақтайды.

 Биологиялық мембрананың молекулалық құрылысы мен қызметі. 

Биологиялық мембраналардың (лат. membrana – қабықша) неғұрлым толық  құрылысын 1972 ж. Г. Никольсон мен  С. Сингердің ұсынған сұйықтық-мозаикалық моделі бейнелейді. Мембрана липидтері  амфибильді молекуларларының екі қабатынан  тұрады, мембрана липидтерінің молекулалары бір-біріне паралель орналасады, оны  билипидті қабат немесе биқабат  деп атайды. Осындай билипидті  қабатқа ақуыз молекулалары батып  тұрады. 

 

1-сурет. Биологиялық  мембрана: 
1 – липидтік қосқабат; 2 – мембраналық ақуыздар; 3 – рецептор; 4 – гликокаликс  

 

Ақуыз молекулалары тұтас  қабат түзбейді, олардың кейбіреуі  липидті бағана беткейінің екі жағын  ала бір бөлігінің арасында, қалғаны  мембранада гидрофильді поралар  түзіп, бағана қабаттарына ене орналасады. Егер ақуыздар липидті бағаналарды  қақ жарып орналасып, ақуыз молекуласы толығымен батып, пора түзсе, оны интегральды немесе трансмембраналы ақуыздар деп атайды.

Шеткейлік ақуыздар сыртқы мембрананың ішкі немесе сыртқы моноқабаттарында жартылай батып орналасады. Кейбір ақуыздар фосфолипид қабаттарының ортасында  орналасады.

Ақуыз молекулаларының мембрана маңылық кеңістікке қараған ұштары, осы кеңістіктегі әр түрлі заттармен  қосылыстар түзулері мүмкін. Сондықтан  интегральды ақуыздар трансмембрана  үрдістерінде маңызды роль атқарады. Жартылай интегральды  ақуыздармен сыртқы ортадан сигналдар қабылдайтын (молекулярлы рецепторлар) немесе мембранадан сыртқы ортаға сигналдар өткізетін молекулалар байланыста болады. Биологиялық мембрана құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Барлық мембраналарға тән қасиет – олардың тұтастығы, тұйықтылығы.

Фосфолипидті қос қабатты (биқабатты) мембрананың негізгі  қасиеттерін қарастырайык. Бұл мембрана майысқақтық және қаттылық қасиет көрсетеді. Ол арқылы су және гидрофильді заттар өтпейді, ал гидрофобты заттар оңай өтеді. Биомембрананың фосфолипидті мембранадан  ерекшелігі — фосфолипидті мембранада сигналдарды қабылдау және заттарды тасымалдау қызметін атқаратын ерекше ақуыздардың болуына байланысты. Мембрананың сыртқы бетінде жеке органоидтер мен ұлпаларды белгілеу қызметін атқаратын әр түрлі ақуыздар мен көмірсулар орналасады. Биомембрананың арқасында жасушаның беткі жағы аса төзімді және серпімділік  қасиетке ие болып, жеңіл жарақаттан оңай жазылып, тез қалпына келеді.

Биологиялық мембраналардың негізгі қасиеттерінің бірі –  олардың жартылай өткізгіштігі. Кейбір заттар олардан өте баяу, ал кейбіреулері ерітіндінің қоюлығына қарамастан жеңіл өтеді. Сонымен, мембраналар  суда жақсы еритін заттардың көпшілігінің жасушаға еркін өтуіне кедергі жасайды. Сөйтіп, цитоплазманың және оның органеллаларының химиялық құрамын сақтайды. Мембраналар  жеке ферменттердің және олардың  кешендерінің цитоплазмада қалыптасып, жасушаның тіршілігіне қажетті  ең негізгі үрдіс – химиялық реакциялардың  ретімен жүруін қамтамасыз етеді.

 

 

 Жасушалық   мембраналардың иондық каналдары

Иондық каналдар селективтілік  немесе таңдаушылық қабілетіне ие.

Мембрананың өткізгіштігі мембраналық  бет  бірлігіне келетін ашық каналдардың  санына  тәуелді.

 Жеке  каналдардың  жұмыстарының  тәуелсіздігі.

Токтың канал арқылы ағуы токтың басқа каналдар арқылы ағуынан  тәуелді емес. Мысалы, калийлік  каналдар  ашық не жабық болуы мүмкін, ал  басқа каналдар арқылы (мысалы, натрийлік) ағатын ток өзгермейді. Бір типті  каналдардың қалыптары басқа  типтің каналдарының қалыптарына  мембраналық  потенциалдың  өзгертуі арқылы әсерін тигізеді

 Иондық  каналдардың өткізгіштігінің дискретті  сипаттамасы.

Иондық каналдар – мембрананы тігіп өтетін ақуыздан тұратын комплекс. Оның ортасында иондар өтетін қуыс болады. Егер де біз натрийлік каналдың блокаторы тетродотоксиннің радиобелсенді  белгіленген молекулаларын қолдансақ, мембрананың бетінің 1 мкм² ауданына келетін каналдар санын анықтай аламыз. Кальмардың аксонының 1 мкм²  ауданына 500  натрийлік канал сәйкес  келеді.

Микроэлектродтық  техниканы  қолдана  отырып ұзындығы 1 см және қалыңдығы 1 мм (ауданы – 3 • 10⁷ мкм²) тең кальмардың аксонында потенциалды бекіту арқылы мембрананың қосынды жауабын, яғни 500 • 3 • 10⁷ ~ 10¹⁰ иондық каналдардың өткізгіштігін бағалауға болады. Қосынды токтардың өлшеуі және сол токтар  арқылы өткізгіштерді талдау уақыт аралығында созылыңқы өзгеретін қисық сызықтарды береді (слайд 4) .

Жеке каналдың жауабы –  дискреттік  (слайд 5) және канал не ашық не жабық калыпта болуы мүмкін. Қалыптар арасындағы көшулер статистикалық заңдылықтарға бағынады      Канал ашық болған уақытты каналдың  ашық қалпының уақыты деп атайды, ал каналдың ашылуының ықтималдығы жоғары уақытты каналдың өмір сүру уақыты деп атайды.

Деполяризация натрийлік  каналдардың ашылуының  ықтималдығының өсуіне әкеледі, ал натрийлік каналдардың  ашылуы оның жабылуының ықтималдығының жоғарылауына әкеледі.

 Иондық  каналдың құрылымы.

Кез келген иондық селективтік  канал келесі бөліктерден тұрады. Биқабатға батырылған ақуыздық бөлігі канал денесі деп аталады. Селективтік фильтрді оттектің теріс зарядталған атомдары құрайды. Олар тек қана белгілі диаметрге ие иондарды өткізіп        тұрады. Каналдың кірісінде қақпалық бөлігі орналасады. Иондық каналдың қақпалары мембраналық потенциалымен реттеледі. Олар не ашық не жабық қалыпта болады. Натрийлік каналдардың тұрақты қалпы – жабық қалпы. Электр өрісінің әсерінен ашық қалпының ықтималдығы жоғарылайды да қақпалар ашылады, гидратацияланған иондардың ағыны селективті фильтр арқылы өтуге мүмкіндік алады.

Егер де ионның диаметрі сәйкес келсе, ол гидраттық қабықтан құтылады және каналдың теріс жағына өтіп кетеді. Егер де ион өте үлкен  болса (мысалы, тетраэтиламмоний), ол фильтр арқылы өте алмайды. Егер де, керісінше, ион тіпті кішкене болса, ол өзінің  гидраттық  қабығынан  құтыла  алмайды.

Иондық каналдардың блокаторлары оң зарядтарына ие болады, олар селективті фильтрден өте алмайды да макромолекула  каналды  бітейді. 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды:

 

Биологиялық мембрананың  негізгі 3 түрі ажыратылады:

1.Жасушалық мембрана

2.Жасушаішілік мембраналар

3.Базальды мембрана

Мембрана негізінен екі  маңызды қызмет атқарады: матрицалық, барьерлік (кедергі). Әр түрлі қызмет атқаратын белоктарды ұстап тұратын, керексіз бөлшектерді енгізбей жасуша мен жеке омпартаменттерді қорғаушы. Мысалы, улы зат ішкен кезде.

Мембраналардың қалыңдығы  бірнеше нм шамасында, сондықтан оны оптикалық микроскоппен емес, электрондық микроскоппен ғана көруге болады

Сонымен, қозатын мембраналардың электр қасиеттерінің өзгерістері  иондық каналдармен байланысты. Иондық каналдар – липидті биқабатты  тігіп өтетін және әртүрлі диск К⁺, Na⁺ және Са²⁺ иондары үшін селективті каналдардың қасиеттері мембраналық потенциалдан әртүрлі дәрежеде тәуелді болады. Бұл факт мембранадағы әрекет потенциалының динамикасын және оның әр түрлі жасушалардағы потенциалдардан айырмашылығын анықтайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ӘДЕБИЕТТЕР:

 

1. Көшенов. Б . Медициналық биофизика Алматы. Қарасай 2008
2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., В.И. Пасечник и др. Биофизика.  М., Владос, 2000
3. Владимиров Ю.А. с соавт. Биофизика. М., Медицина, 1983.
4. Рубин А.Е. Биофизика: Биофизика клеточных процессов 2- том. –  М. Книжный дом “Университет”, 2000 – 468 с
5. Альбертс Б., Брей Д., Льютс Дж. и др. Молекулярная биология клетки. – М.:Мир, 1994. – Т.1-3.
6. Медицинская биофизика, ред. Самойлов В.О., Л.,  2004 478c.
7. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. – М.: НИИ Биомедицинской химии РАМН, 1999.