 |
Значение биологических мембран в процессе жизнедеятельности клетки
|
|
|
|
РУКОВОДСТВО
К лабораторным и практическим занятиям
По медицинской и биологической физике
Часть II
студент _________________________________________________
1 курса ________группы
___________________________________факультета
_________________________________
200____ / 200____ учебный год
Гродно
ГрГМУ
УДК 53 (075.8)
ББК 28.9я73
Р84
Рекомендовано Центральным научно-методическим советом ГрГМУ
(протокол № 3 от «28» января 2010 г.).
Авторы: зав. каф. медицинской и биологической физики, доц.,
канд. ф.-м. наук И.М. Бертель;
канд. ф.-м. наук, доц. С.И. Клинцевич;
ст. препод. Е.Я. Лукашик;
ст. препод. Е.П. Наумюк.
Рецензент: зав. каф. общей и биоорганической химии доц., канд. химич. наук В.В. Болтромеюк
| Р84 | Руководство к лабораторным и практическим занятиям по медицинской и биологической физике. Часть I / И.М. Бертель [и др.]. – 2-е изд. перераб. и доп. – Гродно: ГрГМУ, 2009. – 128 с. |
ISBN 978-985-496-601-4
Целью издания данного руководства является уменьшение временных затрат студентов на проведение, регистрацию и обработку результатов лабораторно-практической части занятий по медицинской и биологической физике. Пособие позволяет оптимизировать учебное время за счет сокращения рутинной части занятия, унифицирует протоколы отчетов по лабораторным работам. Руководство содержит методические указания и рекомендации к лабораторно-практическим занятиям. Методические советы к каждому занятию включают название раздела, тему и цели занятия, перечень теоретических вопросов, рассматриваемых на занятии, краткое изложение избранных тем, список литературных источников, перечень заданий для контролируемой самостоятельной работы.
|
|
|
Руководство предназначено для студентов I курса лечебного и педиатрического факультетов, изучающих дисциплину во II семестре, составлено в соответствии с программой по медицинской и биологической физике для указанных факультетов, утвержденной Министерством здравоохранения РБ.
УДК 53 (075.8)
ББК 28.9я73
ISBN 978-985-496-601-4
© УО «ГрГМУ», 2010
 |
Занятие № 19
| Тема раздела: | Термодинамика и явления переноса в биологических системах |
| Тема занятия: | Структурно-функциональная организация мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны |
| Цель занятия: | Знать основы структурно-функциональной организации клеточных мембран. Изучить основные виды транспорта веществ через биологические мембраны в клетке. |
Теоретические вопросы:
- Значение биологических мембран в процессе жизнедеятельности клетки.
- Молекулярная организация и модели клеточных мембран.
- Физические свойства и параметры мембран.
- Значение изучения транспорта веществ через клеточные мембраны. Классификация мембранного транспорта
- Пассивный транспорт веществ и его разновидности. Математическое описание пассивного транспорта.
- Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта вещества на примере натрий-калиевого насоса.
- Cпособы проникновения веществ через биологические мембраны
Литература:
- Антонов В.Ф. и др. Биофизика. –М.: Владос, -2000.
- Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Дрофа, -2003.
- Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая школа, -1996.
- Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. - Медицинская биофизика, -М.: Медицина, 1978.
- Владимиров Ю. А. и др. Биофизика. –М.: Медицина, 1983.
- Конспект лекций.
ü Самостоятельно решить задачи:
№№ 3.26, 3.27, 3.29 (А.Н.Ремизов и др. Сборник задач по медицинской и биологической физике. –М.: Высшая школа, -1987).
Краткое содержание теории
|
|
|
Значение биологических мембран в процессе жизнедеятельности клетки
Клеточная теория — фундаментальная в биологии теория, позволившая дать научное обоснование закономерностей живого мира и послужившая основой для развития эволюционного учения. Основоположниками клеточной теории являются ученые М. Шлейден (ботаник), Т. Шванн (зоолог) и Р. Вирхов (патологоанатом).
Маттиас Шлейден, Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838).
Обобщив имеющиеся знания о клетке, М. Шлейден и Т. Шванн доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение.
Позднее (1858 г. Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию тезисом о единстве всех живых организмов и непрерывности самой жизни - «каждая клетка – из клетки». Таким образом, Т. Шванн и М. Шлейден и Р. Вирхов ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.
Клеточная мембрана (КМ) – это оболочка клетки, выполняющая следующие три основные функции:
o барьерную – КМ обеспечивает избирательный (селективный), регулируемый пассивный и активный обмен веществом с окружающей средой;
o матричную – КМ отвечает за определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных белков для обеспечения их оптимального взаимодействия;
o механическую – КМ обеспечивает прочность и автономность клетки и внутриклеточных структур.
Кроме трех основных функций, перечисленных выше, КМ выполняет и другие функции:
o энергетическая – синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий и фотосинтез на мембранах митохондрий;
o генерация и проведение биоэлектрических потенциалов;
o рецепторная – в основе механической, обонятельной, зрительной химической и тепловой рецепции лежат процессы, происходящие на КМ.
2. 
Молекулярная организация и модели клеточных мембран
Термин «модели клеточных мембран» можно понимать в следующих двух смыслах:
o модель клеточной мембраны как этап в знаниях человечества о строении и структуре мембран;
o модель клеточной мембраны – как искусственно созданное исследователями подобие реальных мембран (прообраз реального объекта), предназначенное для изучения (моделирования) свойств КМ.
|
|
|
Первая модель строения биологических мембран (БМ) была предложена в 1902 году немецким ученым Э. Овертоном.
На основании экспериментально обнаруженных способностей проникать в клетку веществ, растворимых в липидах Овертон пришел к заключению, что БМ состоит из тонкого слоя фосфолипидов. На границе раздела полярной и неполярной сред молекулы фосфолипидов образуют тонкий монослой, в котором полярные «головки» молекул фосфолипидов погружены в полярную среду (например, в воду), а неполярные «хвосты» молекул обращены в сторону неполярной среды (например, воздуха).
В 1925 году ученые Гортер и Грендел проводили опыты по экстрагированию липидов из мембран эритроцитов и установили, что площадь монослоя липидов, извлеченных из мембран, примерно в два раза больше площади поверхности эритроцитов. Это обстоятельство позволило исследователям сделать заключение о том, что в составе БМ липиды образуют двойной слой. Так появилась билипидная модель БМ (см. рис. 19.1).
Чуть позже появились экспериментальные данные, которые свидетельствовали о том, что многие физические свойства (диэлектрическая проницаемость, удельная емкость, поверхностное натяжение и т.д.) клеточных мембран и липидного бислоя различаются количественно. Данное обстоятельство указывало на то, что строение БМ более сложное, чем простой липидный бислой.
В 1935 году Даниелли и Девсон устранили имеющиеся противоречия – они высказали идею, что в состав БМ, помимо липидов, входят еще и молекулы белков. Исследователи предложили так называемую «бутербродную» или «сэндвичную» модель БМ – липидные слои располагаются между двумя слоями белковых молекул наподобие бутерброда.
Современная модель строения БМ была выдвинута в 1972 году Сингером и Никольсоном и получила название жидкостно-мозаичной модели.
Согласно этой модели, структурную основу мембраны составляет двойной фосфолипидный слой, включающий в себя белки. Мембранные белки бывают двух видов – периферические (поверхностные) и интегральные (внедренные в липиды). Схематично данная модель представлена на рис. 19.2 и 19.3.
|
|
|
|
|
|
