Биологиялық мембраналардың қызметтері.Мембраналардың иондық каналдары туралы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы:Биологиялық мембраналардың қызметтері.Мембраналардың иондық каналдары.

Жоспары:

І Кіріспе
ІІ Негізгі бөлім:
1. Биологиялық мембраналардың құрылымы туралы қазіргі кездегі көзқарас: Фосфолипидті биқабаттың қасиеті
2. Мембраналық белоктардың қызметтері. Мембрана белоктарының функционалдық күйлері
3. Клетка мембранасының иондық каналы, түрлері, олардың функционалдық күйлері
4. Клеткалық мембрана арқылы иондық тасымалдау. Тасымалдаудың механизмі мен түрлері
ІІІ Қорытынды
ІVПайдаланған әдебиеттер

Биологиялық мембраналардың құрылымы туралы қазіргі кездегі көзқарас: Фосфолипидті биқабаттың қасиеті
Биологиялық мембрананың құрылымының алғашқы моделі 1902ж. ұсынылған. Мембрана арқылы липидтерде жақсы еритін заттар тез өтетінін байқап, биологиялық мембрана фосфолипидтің жұқа қабатынан тұратындығы тұжырымдалған. Фосфолипид молекуласы су-ауа (су-май) бөлігінің шекарасында бір қабат құрып, яғни гидрофильді (полярлы) бастары сумен, ал гидрофобты құйрықтары бастары ауада (майда) орналасқан. Сондықтан, биологиялық мембрананың бірінші моделі -липидтердің моноқабатына (4, А сурет) негізделген. 1925 ж. Гортер және Грендель гемолизденген эритроциттерден липидтерді ацетон арқылы бөліп алып, оларды су бетіне құйып, пайда болған бір қабаттан тұратын мономолекулалар пленкасының ауданын анықтаған. Эритроциттерден бөлініп алынған бір қабат болып орналасқан липидтер бетінің ауданы сол эритроциттердің ауданынан екі есе көп болғандығы анықталған. Осы зерттеу нәтижесінде мембранадағы липидтер бимолекулалық екі қабат түрінде орналасқан деген тұжырым жасалынды (4, Б сурет).

Фосфолипид схемасы:
А)1 - полярлы (гидрофильді) бөлігі; 2 - полярсыз (гидрофобты) бөлігі
Б) Бимолекулалы фосфолипидті қабат
Бұл тұжырымның дұрыстығы биологиялық мембрананың электрлік параметрлерін өлшеу барысында дәлелденді (Коул және Кертис, 1935 ж.): биомембрананың электрлік кедергісі ≈10[7]Омxм[2][ ]мен электрлік сиымдылығының ~0,5x10[-2]Фм[2] үлкен болатындығын анықтады.
Жоғарыда мембрананың құрыламында айтылғандай, биологиялық мембрана ақуыз молекуласынан тұрады. Мысалы, тәжірибелер нәтижесінде жасушалық мембрананың беттік керілуін өлшеу кезінде өлшенген беттік керілу параметрлері липид-су (10[-2]Нм жуық) бөлігінің шекарасына қарағанда ақуыз-су бөлігінің шекарасының беттік керілу коэффициентіне (10[-4]Нм жуық) жақын. Осы қарама-қайшылықты 1935ж. Даниэль мен Давсонның тәжірибелік нәтижесі жойып, биологиялық мембрана құрылымының мембранологияда 40жыл үстем еткен бутербродтық моделін ұсынды. Бұл моделде мембрана - үшқабаттан тұрады. Модель бойынша фосфолипидтер молекулалары мембрана бетінде перпендикуляр түрде екі қатар болып орналасқан. Липид молекулалары гидрофильді жағымен мембрананың сыртында, гидрофобты жағымен оның ішіне қарай бағытталып орналасады. Мембрананың екі қатар орналасқан фосфолипид молекулаларының полярлы топтарына ақуыз молекулалары жабысып орналасады, соның нәтижесінде мембранада иілгіштік, механикалық әсерлерге беріктілік, беттік керілу төмен қасиет пайда болады.
Жалпақ биқабатты липидті мембраналар (БЛМ). Мембрананың екінші моделі -жалпақ биқабат.Бұндай мембраналарды су құйылған пластикалық (мысалы, фторопласт) материалдардың диаметрі 1мм жуық кішкене тесіктерінде алынады, яғни липидтер биқабатты құрылымдарды (қара пленкаларды) құрайды. Бұл құбылыс алғашқы рет О. Мюллермен зерттелген. Ол екі су фазаны шектейтін, ауданы 0,5-5,0 мм[2] тефлондық қалқаның кішкене тесіктерінде мидың фосфолипидтерінен биқабатты липидті мембраналарды (БЛМ) алған. БЛМ қалыптасу процесі сұйық көмірсуларда ерітілген липидті тефлондық стақанға жағудан басталады (5 сурет).
Бимолекулалық липидті мембраналарды дайындау. (1) шыны стақанға (2) электролит ерітіндіні орнатады және (4) тесігі бар тефлонды ыдысты ішіне малтырады.
МЕМБРАНАНЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ ТУРАЛЫ ҚАЗІРГІ УАҚЫТТА ҚОЛДАНЫЛАТЫН ҰҒЫМДАР. СИНГЕР МЕН НИКОЛЬСОННЫҢ СҰЙЫҚ КРИСТАЛЛ МОДЕЛІ.
Алынған физикалық және химиялық зерттеулер нәтижесінің жиынтығы жаңа сұйық мозайкалық моделді ұсынуға мүмкіндік берді (Сингер және Никольсон, 1972 ж.). Биологиялық мембрананың негізін ақуыздармен оюланған, фосфолипидтердің екі қабаты құрайды. Биологиялық мембранада фосфолипид пен ақуыздан басқа да химиялық қосылыстар бар. Жануарлар жасушасының мембранасында холестерин көп. Мембранада гликолипидтер, гликопротеидтер бар.
Моделде биологиялық мембрана липидтері сұйық күйде болады, липидте ақуыздары жүзіп жүреді, бірақ ақуыздар липидте үнемі бос жүзбейді, ішкі (цитоплазмалық) жасушалық құрылымға зәкірленеді. Бұндай құрылымға микрофиламенттер және микротүтікшелер жатады (13 сурет).
Микротүтікшелер - жасуша қызметінде маңызды роль атқаратын диаметрі 300 нм болатын, іші қуыс цилиндрлі ерекше ақуыздан (тубулин) тұрады.

Плазмалық мембрананың сұйық-мозаикалық үлгісі.
Сонымен қатар, мембранадағы липидтердің барлығы биқабат принципі бойынша орналаспаған. Физикалық әдістер негізінде, мембрананың орналасатын бөліктері бар екендігін көрсетті. Мембрананың құрылысының, мембрана ақуыздарының және басқа да заттардың күрделі химиялық құрамын зерттеумен биохимия айналысады. Биофизика мембрананың негізгі құрылымын, нақтырақ фосфолипидті молекуланың биқабатын зерттейді.
Лецитин фосфолипидінің молекуласы полярлы бастардан (фосфор қышқылының) және ұзын полярсыз құйрықтарынан (май қышқылдарының қалдықтары) тұрады. Лецитиннің фосфолипидті молекуласының бастары бір-бірінен кішкене қашықта орналасқан екі зарядталған топтан тұрады. Абсолютті шама бойынша тең әртүрлі екі заряд электрлік диполь қалыптастырады.
Мембранада фосфолипидтер әртүрлі болады. Мысалы, эритроцит мембранасында олардың түрі 20 жуық.
Фосфолипидті молекулалар 2-қабатты болып орналасады - олардың гидрофобты құйрықтары жуық түрде бір - біріне параллель болып келеді және полярлық гидрофильдік бастарының бағытталуында да белгілі бір тәртіптілік бар.
Агрегаттық күйлері сұйық болып келген - молекуланың орналасуы мен бағытталуы арасында алыстық тәртібі бар физикалық күйді сұйықты кристалдық күй деп атайды. Сұйық кристалдық күй әр түрлі структуралары болуы мүмкін, ол үшке бөлінеді.
1. Нематикалық фаза
2. Смектикалық фаза
3. Холестикалық фаза
1. Нематикалық (жіпсияқты) - ұзын, молекулаларбір-бірінепараллельбағыт талған.
2. Смектикалық (сабынкөпіршігі) - сияқтымолекулалар, бір-бірінепараллельжәнеқабат-қабатб олыпорналасады.
3. Холестикалық - молекулаларбіржазықтықтабір-бірінеп араллельорналасады, аләртүрліжазықтықтардамолекулабағыт тарыдаәртүрлікеледі.
Биологиялықмембрананыңбиқабаттылипи дтіфазасысұйықкристалдысмектикалықк үйгесәйкескеледі. Сұйықкристалдыкүйлер - температураныңөзгеруіне, қысымға, химиялыққұрамына, электрөрісінеөтесезімтал. Бұллипидтібиқабаттымембрананыңдинам икалықөзгергіштігінкөрсетеді. Сыртқыортаныңжәнехимиялыққұрылымның сәлөзгеруінәтижесіндебиқабаттымембр анаәртүрліфазалықкүйлергеөтебереді. Сұйықкристалдаркезкелгензерттеудепа йдаболабермейді, оларкөбінесеұзынмолекуладантұратынз ерттеудепайдаболады.
Физикалықзерттеуәдістеріяғнидилотом етриялық - (көлемдікұлғаюкоэффициентінөлшеу) жәнекалорометриялық - жылусиымдылығынөлшеу, рентгенструктуралықсараптаужәнет.б. дәлелденгендейбиологиялықмембрананы ңлипидтібөліктерібелгілібіртемперат урада 1-шітүрдегіфазалықауысуғаұшырайды. Радиоқұрылымдық, радиоспектроскопия, флюресценттіксараптау, инфрақызылдықспектроскопияжәнебасқа дафизикалықзерттеулернәтижелерікөрс еткендей, температуратөмендегенсайын, фосфолипидтімембранасұйықкристалдық күйден - гелькүйгеөтеді, мұнышарттытүрде - қаттыкристалдықкүйдепатайды.
Гелькүйде - сұйықкристалдықкүйгеқарағандамолеку лаларбұрынғыдандатәртіптіорналасады , гельфазадағыфосфолипидтімолекулалар дыңбарлықгидрофобтыкөміртегіқұйрықт арыбір-бірінеқатаңтүрдепараллельбол ыпорналасады.
Сұйықкристаллдарда - жылулыққозғалысәсерінентранс-гошөту леріпайдаболуымүмкін, молекуланыңқұйрықтарымайысып, қайырылыполардыңпараллельдігікейбір жерлерде, әсіресемембрананыңортаңғыжеріндебұз ылады.
Сұйықкристаллдарғақарағандагельфаза ныңмембранақалыңдығыүлкенболады, біраққаттыкүйденсұйықкристалдықкүйг екөшкендекөлемібіразөседі, өйткенібірмолекулағакелетінмембрана ныңауданы - 0,48 - 0,58 нм - гедейінөседі. Қаттыкристалдықкүйде - тәртіптіліксұйықкүйгеқарағандакүшті болыпоныңэнтропиясыазболады.
Мембрана қалыпты күйде сұйықты кристалдық күйде болуы керек, сондықтан тірі жүйеде қоршаған ортаның температурасы ұзақ уақыт төмендеген сайын мембрананың химиялық құрамының адаптациялық өзгерістері байқалады, бұл фазалық өтудің температура төмендеуін туғызады.
Мембраналық белоктардың қызметтері. Мембрана белоктарының функционалдық күйлері
Организмнің тірек, бұлшық ет, жамылғы тканьдері ақуыздардан құралған. Олар ағзада әр түрлі қызмет атқарады, химиялық реакцияларды жүргізеді, дене мүшелерінің қызметтерін өзара үйлестіреді, аурулармен күреседі, т.б. Белоктардың құрамы мен құрылысы өте күрделі. Молекулалық массалары жүздеген мыңнан миллионға дейін жетеді. Төрт түрлі құрылымы болады. Олардың құрылымы бұзылса, денатурацияға ұшырап, ағзадағы қызметін атқара алмайды. Белоктар гидролизденіп, аминқышқылдарын түзеді және өздеріне тән түсті реакциялары бар.Белоктар азықтың құрамына кіреді. Адам тәулігіне, шамамен, -- 100 г ақуыз қабылдауы керек. Азықпен түскен ақуыз әуелі асқазанда, сосын ішектегі ферменттердің әсерінен гидролизденіп, аминқышқылдарына дейін ыдырайды. Белок тек тірі азғалар құрамында ғана болады. Оның құрамында 50,6 - 54,5% көміртек, 21,5 - 23,5% оттек, 6,5 - 7,3% сутек, 15 - 17,6% азот, 0,3 - 2,5% күкірт бар, кейде фосфор кездеседі. Осы элементтерден түзілетін амин кышқылдарының бір-бірімен байланысып қосылуы нәтижесінде ақуыз молекуласы түзіледі. Белок молекуласының массасы өте үлкен, ол бірнеше мыңнан бірнеше миллионға дейін барады.
Белоктың атқаратын қызметі.
Организмде белок алуан түрлі қызмет атқарады. Белоктың қызметін көбіне жекелеген молекулалар да жүзеге асыруы мүмкін. Белоктың ең басты қызметі -- катализаторлық қызмет. Барлық тірі организмдерде зат алмасу реакциялары ферменттердің әсер етуімен жүзеге асады. Белгілі ферменттердің барлығы белоктардан құралған. Заттарды тасымалдау да белоктың маңызды бір қызметі. Заттардың клетка мен органоидтар ішінде қозғалуын белок реттеп отырады, яғни оларды активті түрде тасымалдайды. Соңғы кезде клетка мембранасының құрамында түрлі тасымалдаушы белоктардың болатыны анықталған. Белок сондай-ақ организмнің иммундық қасиеттерін жүзеге асырады. Сонымен бірге белоктың тағы маңызды қызметінің бірі -- оның құрылыс материалы ретінде пайдаланылуы. Белок барлық протоплазмалық органоидтардың негізін кұрайды. Ол құрылым компонентінің бірі ретінде барлық клетка мембраналарының құрамына кіреді, тіпті сұйық гомогенді цитоплазмалық матриксте де белок кездеседі.Белок қорғаныштық қызмет атқарады. Ол организмнің иммундық ауруға төтеп беру қасиеттерін жүзеге асырады. Сонымен бірге белоктың тағы бір маңызды қызметінің бірі - оның құрылыс материалдары ретінде пайдаланылуы. Олар тіреу, бұлшықет және жабын тканьдерінің сүйек, шеміршек, сіңір, тері негізін құрайды. Белоктардың физикалық және химиялық қасиеттері организмнің тіршілік әрекетінің негізін құрайды.Құрамы мен құрылысы күрделі болғандықтан, ақуыздардың қасиеттері де алуан түрлі. Олардың құрамында әр түрлі химиялық реакцияларға түсетін функционалдық топтар бар.Белоктар -- екідайлы электролиттер. Ортаның белгілі бір рН мәнінде олардың молекулаларындағы оң және теріс зарядтар бірдей(изоэлектрлік нүкте деп аталады) болады. Бұл -- ақуыздардың маңызды қасиеттерінің бірі. Бұл нүктеде ақуыздар электрбейтарап болып, суда еруі азаяды. Белоктардың осы қасиеті технологияда ақуызды өнімдер алуға қолданылады.Белоктардың гидролизі. Сілті немесе қышқыл ерітінділерін қосып қыздырғанда, ақуыздар гидролизденіп, аминқышқылдарын түзеді.
Белоктардың түзілуі. Арнаулы белоктардың қызметі.
Белоктардың синтезделуі негізінен екі кезеңнен тұрады:
1. Ядролық кезең немесе транскрипция. Мұнда ДНҚ қос тізбегінің біреуінің комплементарлы көшірмесі болып табылатын и-РНҚ синтезі жүреді. Осы жолмен синтезделген и-РНҚ әрі қарай синтезделетін белоктың негізі болып табылады.
2. Цитоплазмалық кезең яғни трансляция. Цитоплазмада 4 әріптік генетикалық информацияның триплеттік кодтың көмегімен 20 әріптік амин қышқылдарынан тұратын белоктың тізбегіне айналу процесі жүреді. Сонымен бірге онда белоктардың үшінші, төртінші реттік құрылысының кеңістікте орын алуы және олардың клетка метаболизміне тікелей қатынасуына мүмкіндік туады. Осы айтылған әрбір кезеңге қажет өзінің ферменттері, факторлары, индукторларымен тежеушілері болады.

1. Белоктардың синтезі рибосомада жүреді;
2. Белоктардың синтезі үшін қажет энергия АТФ және ГТФ арқылы қамтамасыз етіледі, айта кету керек, бір пептидтік байланыс түзілу үшін 4 макроэргтік қосылыс қажет;
3. 20-ға жуық амин қышқылдары;
4. 20-дан астам аминоацил - т-РНҚ синтетаза ферменті;
5. 20-ға жуық т-РНҚ;
6. Мg2+ ионы, конц 5-8 тМ қажет.

Сонымен барлығы 200-ге жуық макромолекулалар, белоктық факторлар қажет:Трансляция - цитоплазмада жүретін кезең. Бұл кезең кезінде тек қана 4 әріптік нуклеотидтік тілдің 20 әріптік аминқьшқылының тілге аударылуы ғана жүріп қоймайды, сонымен қатар амин қышқылдарының белоктық тізбектегі өз орнын табу мәселесі шешіледі. Трансляцияның өзі 5 кезеңнен тұрады.
Трансляцияның І-ші кезеңі: амин қышқылдарының активтелуі. Бұл кезең жиырмадан астам аминоацил - т-РНҚ-синтетаза ферментінің қатысуымен өтеді. Оның құрылысы үйеңкі жапырағына ұқсас келеді. Міне осындай құрылысы бар І20-ға жуық т-РНҚ белгілі. Сонымен қатар аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферментінің бір ерекшелігі, олар өздері жіберіп алған қателігін кезінде жөндеп отырады.
Трансляцияның 2-ші кезеңі - полипептидтік тізбектің инициациясы Бұл кезеңде белок синтезінің ядролық кезеңінде түзілген, белгілі бір полипептидтің, амин қышқылдың құрамы туралы информациясы бар и-РНҚ рибосоманың кіші суббірлігімен қосылады. Сонан соң бұли-РНҚ + кіші суббірлік комплексі белок синтезін бастаушы амин қышқылы метионинді тіркеген т-РНҚ мен қосылады. Енді бұл түзілген комплекс рибосоманың үлкен суббірлігімен қосылып, активті, белок синтезін жүргізуге дайын рибосоманы құрайды..
Трансляцияның 3-ші кезеңі: элонгация деген атпен белгілі. Бұл кезеңде амин қышқылдарының біртіндеп ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.