тема: Функции биологических мембран. Ионы каналов мембран Выполнила: Группа: Проверила: Астана 2016

Основные функции мембран. Химический состав и строение биологических мембран Липиды мембран и их свойства. Мембранные белки и их свойства. Структура и функции ионных каналов мембран. Искусственные мембраны

Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.). Являются катализаторами (обеспечение при мембранных химических процессов). Процессы трансформации и запасания энергии

Состав биологических мембран зависит от их типа и функций, однако основными составляющими являются Липиды Белки Углеводы

В составе биологических мембран обнаружены липиды трех классов: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. Фосфолипиды Основную структурную роль в мембранах играют фосфолипиды. Они обладают выраженной способностью формировать двухслойные структуры (бислои) при смешивании с водой. молекулы которых состоят из гидрофильной части «головки» и гидрофобной части «хвоста». В водной среде фосфолипиды бислоя расположены таким образом, что жирно-кислотные остатки обращены внутрь бислоя, а гидрофильные «головки» наружу.

Гликолипиды - несут разнообразные функции: отвечают за рецепцию некоторых биологически активных веществ, участвуют в дифференцировке ткани, определяют видовую специфичность. Стероиды представлены в основном холестерином.Холестерин в составе биологических мембран играет роль модификатора бислоя, придавая ему определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов

Мембранные белки делятся на интегральные и периферические. Интегральные мембранные белки прочно встроены в мембрану и могут быть извлечены из липидного окружения только с помощью детергентов или неполярных растворителей. По отношению к липидному бислою интегральные белки могут быть трансмембранными политопическими или интегральными монотипическими. Периферические мембранные белки являются монотипическими белками. Они либо связаны слабыми связями с липидной мембраной, либо ассоциируют с интегральными белками за счёт гидрофобных, электростатических или других нековалентных сил.

Углеводные цепи белков представляют собой олиго- или полисахаридные структуры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза. Углеводные компоненты биологической мембране. Открываются в основном во внеклеточную среду, образуя на поверхности клеточных мембран множество ветвистых образований, являющихся фрагментами гликолипидов или гликопротеидов. Их функции: Контроль за межклеточным взаимодействием поддержанием иммунного статуса клетки обеспечением стабильности белковых молекул в биологической мембране.

Ионные каналы (ИК) клеточной мембраны имеют огромное значение для жизни клеток. Они обеспечивают обмен клетки с окружающей средой, ими поддерживаются процессы возбуждения и торможения в нервной системе и мышцах, обеспечивают восприятие клеткой внешних сигналов и передачу возбуждения на другие клетки. Обобщая, можно сказать, что почти все важнейшие физиологические процессы начинаются с ионных каналов! Итак, ионный канал (ИК) - это сложный интегральный белок, образующий в мембране пору для обмена клетки с окружающей средой ионами K+, Na+, H+, Ca2+, Cl- и водой и способный изменять свою проницаемость. Каналы представляют собой липопротеиновые структуры, пронизывающие мембраны. Они служат для переноса определенных ионов и могут находиться в открытом или закрытом состоянии.

1. Регуляция водного обмена клетки: объём и тургор. 2. Регуляция pH: закисление и защелачивание. 3. Регуляция ионного обмена (обмен солей): изменение внутриклеточного ионного состава и концентрации. 4. Создание и изменение мембранных потенциалов: потенциал покоя; в возбудимых клетках - локальные потенциалы, потенциал действия. 5. Проведение возбуждения в возбудимых клетках: обеспечение движения нервных импульсов. 6. Трансдукция в сенсорных рецепторах: преобразование раздражения (стимула) в возбуждение. 7. Управление активностью клетки: за счёт обеспечения потоков вторичного мессенджера - Са 2+.

Неуправляемые (независимые). Они находятся в постоянно открытом состоянии и обеспечивают постоянный ионный ток через открытую пору канала как в клетку, так и из клетки. Процесс перемещения ионов через такие ИК идёт пассивно за счёт диффузии под действием химических сил (по градиенту их концентрации) и/или электрических сил. Примеры: калиевые каналы утечки (они участвуют в формировании нервными клетками мембранного потенциала покоя), эпителиальные натриевые каналы ENaCs (они обеспечивают обратное всасывание ионов натрия в почках, прямой кишке, лёгких, потовых железах и пр., также обеспечивают восприятии солёного вкуса вкусовыми рецепторами во рту).

Потенциал-управляемые (потенциал- чувствительные, потенциал-зависимые, voltage- gated). Они открываются под действием сдвига электрического потенциала мембраны, превышающего критический уровень деполяризации. Поэтому при достижении определённого порогового уровня деполяризации мембраны они открываются, а при обратном снижении уровня деполяризации - оказываются закрытыми. Именно такого типа потенциал-управляемые натриевые ИК обеспечивают перемещение нервного импульса по мембране нейрона. Примеры: тетродотоксин-чувствительные натриевые каналы, потенциал-активируемые К- каналы, кальциевые каналы пресинаптических окончаний аксонов.

Совместно- управляемые (NMDA-рецепторный-канальный комплекс). Они открываются одновременно как лигандами, так и определённым электрическим потенциалом мембраны. Можно сказать, что у них двойное управление. Пример: NMDA-рецепторный-канальный комплекс, имеющий сложную систему управления, включающую в себя 8 рецепторных участков-сайтов, с которыми могут связываться различные лиганды. Стимул-управляемые (механочувствительные, механосенситивные, стретч-активируемые, stretch-activated, протон-активируемые). Они открываются под воздействием специфичного и адекватного для них стимула (раздражителя). Такие каналы обеспечивают сенсорное восприятие и располагаются в мембране сенсорных рецепторов. Пример: механочувствительные ИК рецепторных волосковых клеток, обеспечивающих слуховое восприятие.

«Энерго-управляемые транспортёры» (ионные насосы, ионные помпы, ионные обменники, транспортёры). Это особая группа динамичных пор, проводящих ионы через мембрану, которые формально не относятся к ИК. Их деятельность обеспечивается энергией расщепления АТФ. Они представлены мембранными ферментными белками АТФ фазами, которые активно протаскивают через себя ионы, используя для этого энергию расщепления АТФ, и обеспечивают активный транспорт ионов через мембрану даже против их градиента концентрации. Примеры: натрий-калиевый насос, протонный насос, кальциевый насос.

Биологические мембраны имеются во всех клетках. Их значение определяется важностью функций, которые они выполняют в процессе нормальной жизнедеятельности, а также многообразием заболеваний и патологических состояний, возникающих при различных нарушениях мембранных функций и проявляющихся практически на всех уровнях организации от клетки и субклеточных систем до тканей, органов и организма в целом.

Учебник «Нормальная физиология» Н.А.Агаджанян, В.М.Смирнов. Москва 2012 г Учебник «Нормальная физиология» К.В.Судакова. Москва