Функции биологических мембран. Ионные каналы мембраны

•  Карагандинский Государственный Медицинский Университет

 

Кафедра физиологии

 

СРС

 

На тему:

Функции биологических мембран.       Ионные каналы мембраны.

 

Подготовила: студентка 2-092 ОМ                Батенова Н.Н.

Проверила:    Гитенес Н.В.

 

Караганда 2013

Содержание

 

• Введение
• Мембраны
• Определение
• Строение мембран
• Функции мембран
• Ионные каналы
• Определение
• Строение ионных каналов
• Типы ионных каналов
• Функции
• Заключение
• Список литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

 

• Все живые клетки отделены от окружающей среды поверхностью называемой клеточной мембраной. Кроме того, для эукариотов характерно образование внутри клеток нескольких компартментов. Они представлены рядом субклеточных органелл, ограниченных мембранами, например, ядро и митохондрии.
• Мембраны представляют собой не только статически организованные поверхности раздела, но и включают активные биохимические системы, отвечающие за такие процессы, как избирательный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, протекание ферментативных реакций, передача импульсов нервной системы и т.д. Существуют различные типы мембран, отличающиеся по выполняемым функциям.

 

Биологические мембраны

 

    - функциональные структуры  клеток толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство внутриклеточных структур, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей.

 

Строение мембран

 

• Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых варьирует (от 1/5 - белок + 4/5 - липиды до 3/4 - белок + 1/4 – липиды) у разных мембран. Например, миелиновая оболочка состоит из 18% белков и 76 % липидов, внутренняя мембрана митохондрий содержит 76% белков и 24% липидов, а мембрана эритроцитов человека содержит  44% белков и 43% липидов.
• Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5-10% вещества мембраны.
• Липиды мембран образуют двухслойную структуру, в формировании которой участвуют фосфо- и гликолипиды.

 

Липиды

 

Липиды  мембран имеют в структуре  две различные части: неполярный гидрофобный «хвост» и полярную гидрофильную «голову». Такую двойственную природу соединений называют амфифильной.

Каждый  слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что  неполярные гидрофобные «хвосты» молекул  находятся в тесном контакте друг с другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия имеют нековалентный характер. Два монослоя ориентируются «хвост к хвосту» так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю неполярную часть и две полярные поверхности.

Белки

 

    1. связанные с гидрофильной  поверхностью липидного бислоя – поверхностные или периферические  мембранные белки

2. погруженные в гидрофобную  область бислоя - интегральные мембранные белки.

• Поверхностные белки своими гидрофильными радикалами аминокислот связаны нековалентными связями с гидрофильными группами липидного бислоя.
• Интегральные белки различаются по степени погруженности в гидрофобную часть бислоя. Они могут располагаться по обеим сторонам мембраны и либо частично погружаются в мембрану, либо прошивают мембрану насквозь. Гидрофобные взаимодействия поддерживают определенную ориентацию белков в мембране. Гидрофильная выступающая часть белка не может переместиться в гидрофобный слой. Часть мембранных белков ковалентно связаны с моносахаридными остатками или олигосахаридными цепями и представляют собой гликопротеины.

Белки мембран включенные в липидный бислой

Основные функции биомембран:

 

• Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

 

• Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего ph и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.

 

• Матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

 

  Механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

• Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки.

Рецепторная — некоторые белки, сидящие в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).

Например, гормоны, циркулирующие  в крови, действуют только на такие  клетки-мишени, у которых есть соответствующие  этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

 

Ионные каналы  

 

– это трансмембранные структуры  белковой природы, отвечающие за транспорт  ионов через мембрану клеток.

 

Типы ионных каналов

 

• Выделяют четыре типа ионных каналов в зависимости от стимула, регулирующего их открытие и закрытие. Кальциевые каналы относятся к каналам, управляемым лигандом. Ионный канал открывается благодаря энергии связывания с лигандом (А). В каналах, управляемых фосфорилированием (Б), открытие происходит благодаря присоединению к ним высокоэнергетического фосфата. Каналы, управляемые электрически (В), открываются при изменении мембранного электрического потенциала. Механически управляемые каналы открываются в ответ на растяжение или давление на мембрану клетки и цитоскелет (Г).

Типы ионных каналов

 

А. Управляемый  лигандом

 

Б. Управляемый  фосфорилированием

 

В. Управляемый  электрически

 

Г. Управляемый  механически

Строение ионного канала

Основная функция ионных каналов

 

• – генерация  и поддержание разности мембранных потенциалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

    Биологические мембраны  играют большую роль в жизнедеятельности  клеток. Мембраны имеют множество  функций, важнейшей из которых  является барьерно-транспортная, т.е. определение потоков веществ, идущих через нее. Мембраны принимают участие в генерации потенциала действия и в генерации энергии.

Активность разных каналов может  изменяться также под воздействием не только метаболических факторов, но токсинов и лекарственных веществ. Некоторые иммунные заболевания, такие  как злокачественная миастения, возникают в результате выработки специфических антител против канальных белков.

Список использованной литературы:

 

• В.Ф. Антонов.«Биофизика мембран»– Москва, 2006.
• Антонов В.Ф., Смирнова Е.Н., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых переходах. — Москва: Наука, 2005.
• Иванов В.Г., Берестовский Т.Н. Липидный бислой биологических мембран. – Переиздание. — Москва: Наука, 2006.
• Рубин А.Б. Биофизика, учебник в 2 тт.. — 5-е издание, исправленное и дополненное. — Москва: издательство Московского университета, 2007.
• Н.А. Агаджанян, Л.З. Тель, В.И. Циркин, С.А. Чеснокова. Физиология человека. – 5-е издание. – Н. Новгород, 2005.