Реферати » Реферати по біології » Конспект лекцій з біофізики

Конспект лекцій з біофізики

піддаються виділенню, багато хто взагалі не виділяються без порушення структури. Білки в мембрані відрізняються великою різноманітністю. Більшість білків в мембрані перебувають у вигляді клубка, 30% білків можуть знаходиться на поверхні мембрани у вигляді спіралі. Існує кілька класифікацій мембранних білків:

I. Функціональна класифікація

1. ферментативні,

2. транспортні,

3. рецепторні,

4. каналообразующие,

5. воротні,

6. структурні.

II. Класифікація по локалізації по відношенню до ліпідів.

1. інтегральні,

2. периферичні.

Інтегральні білки занурені в мембрану або пронизують її наскрізь.
Периферичні білки на поверхні мембрани і слабо пов'язані з нею - слабкі взаємодії. На поверхні інтегральних білків мається значно менше ділянок, несучих електричний заряд, ніж на поверхні периферичних білків.

Вандеркой і Капалді 1972 року - всі амінокислоти діляться на полярні, неполярні і проміжні. Полярність а-к першої групи прийняли за 1, полярність а-к другої групи - за 0, полярність а-к третьої групи - за Ѕ.
Вивчили склад периферичних та інтегральних білків: 20 видів мембранних білків: середня полярність всіх білків дорівнює 0,46; інтегральні білки мають полярність від 0,3 до 0,4; периферичні білки мають полярність від 0,41 до
0,53.

Вуглеводи мембран

У зв'язаному вигляді не зустрічаються. До складу мембранних вуглеводів входять наступні цукру:

- Д-галактоза,

- Д-глюкоза,

- ацетилглюкозамін,

- ацетілгалактозамін,

- Д-фруктоза,

- Д-манноза,

- Д-ксилоза.

Родопсин - глікопротеїн оболонки сітківки, складається з вуглеводневої ланцюжка (4%), пов'язаної з білками М = 28000 Так. Глікопротеїди є рецепторами для гормонів, медіаторів, пептидів і ін. Велике у гликопротеидов в вірусних оболонках (до 40% оболонки).

Вода

З нею пов'язані багато структурно-функціональні властивості мембран, а так же процеси стабілізації та формування мембран. Вода входить до складу мембран і ділиться на вільну, зв'язану і захоплену. Пов'язана і вільна вода різниться за рухливості молекул води і розчинюючої здібності. Найменшою рухливістю і розчинюючої здатність має внутрішня зв'язана вода. Вона присутня в липидной зоні мембран у вигляді окремих молекул. Основну частину зв'язаної води представляє вода гідратних оболонок. Ця вода оточує полярні групи білків і ліпідів, має min рухливість і практично не має властивості розчинника.
Вільна вода в порах і каналах. По ній можуть переміщатися вільні іони.
Вона є хорошим розчинником, рухлива і має всі властивості рідкої води. Захоплена вода володіє ізотопним рухом, характерним для рідкої води, є хорошим розчинником. Вона зустрічається в центральній зоні мембран, між її ліпідними шарами, але ця вода просторово ділиться як з позаклітинної рідиною, так і з цитоплазмою. У неї немає можливості вільно з ними обмінюватися.

Струкрурная організація мембран

Погано вивчена, але впроваджується електронна мікроскопія, ЯМР, ЕПР.

Мембрани - 3х шарова структура із зовнішнім і внутрішнім шаром, тонкі, темні до 2,5 нм, внутрішній шар між ними світлий до 3,5 нм. Вважається, що основою биомембран в більшості випадків є мембранні ліпіди.
1925 Грейбель і Гортер описали властивість фосфоліпідів мимовільне освітою ними кута біомолекулярного шару із замкнутою поверхнею у водному середовищі. Ліпіди утворюють кулясті освіти.

Малюнок. В іншій роботі показано, що такі утворення зберігають стійкість, якщо зовнішній d цієї замкнутої поверхні не меннее

30 нм, тому що чим менше d, тим зазори між головками ліпідів більше і вода просочується всередину замкнутого освіти і порушує стабільність. Стабільність бислоя визначається зарядженими головками ліпідів.

Ассимметричность - 2ух шарів, вони можуть складатися з різним ліпідів.

Еритроцитарна мембрана: в зовнішньому шарі багато фосфатидилхолина і сфингомиелина, у внутрішньому шарі багато фосфатидилетаноламін і фосфатидилсерина. У багатьох випадках неполярні хвости містять ланцюжка від
10 до 22 атомів С, між якими можуть бути насичені і ненасичені зв'язку, це зумовлює ряд властивостей мембран. Чим більше ненасичених зв'язків, тим нижче t0 замерзання ліпідного бішару. Внутрішній шар бислоя Нерихлий, він містить безліч холестерину, він заповнює простір між неполярними хвостами, впливає на t0 замерзання бислоя: чим більше холестерину, тим нижче t0 кристалізації. Холестерин бере участь у стабілізації мембран і впливатиме на проникність мембран, чим його більше, тим нижче проникність мембрани.

Мембранні ліпіди володіють динамічними властивостями:

- здатність липидной молекули до латеральної дифузії, коефіцієнт латеральної дифузії дорівнює 3,25 * 10-8 см / сек. Коеф відображає здатність переміщення липидной молекули вздовж мембрани,

- обертальна дифузія, К = 10-9 сек,

- flip-flop перехід, ліпідні молекули перетинають мембрану, переходячи з одного шару в інший. К = 10-3 сек середня величина, що показує число переходів - 1 перехід в 1000 сек.

Організація мембранних білків

Велика частина мембранних білків знаходиться у вигляді клубка (? 70%), основна частина може розвертатися на поверхні ліпідного бішару внаслідок електростатичного взаємодії з ліпідними головками. В цьому випадку білки будуть розташовані на поверхні ліпідів у вигляді спіралі.

Родоспін, М = 28000 Да, форма сфери, d = 4 нм, дрібна молекула.

Динамічні властивості білків.

1. Латеральна дифузія. всі значення для білків з М = 100 000, К = 3 * 10-10 см / сек. Але білки можуть об'єднуватися в кластери, які мало рухливі.

2. Обертальна дифузія К = 0,34 сек.

3. flip-flop переходи, К = 10-4 сек - частота flip-flop переходу.

Моделі біологічних мембран

У 1935 р модель Даніеля Доусона унітарна модель біо мембран. Ліпідний бішар - структурна основа. Зовнішній і внутрішній шари - глобулярні білки. Симетрична модель.
Модель Робертсона (середина 60х г). Мембрана являє собою 3х слойную структуру, середній шар з ліпідів. Білкові молекули розгорнуті на поверхні подвійного ліпідного шару внаслідок електростатичних взаємодій зарядженими головками фосфоліпідів. Модель Робертсона ассимметричность, так як на зовнішній поверхні мембрани - глікопротеїди.

У групі моделей передбачається наявність білків матриці. Модель Лючі (середина 60х р) - белково-кристалічна модель.

Модель _______________ (1970) зберігається концепція ліпідного бішару, однак цей шар приростає ділянками симетрично розташованих білків, вони жорстко фіксування просторово за рахунок дальнодействующих білок-білкових властивостей.
Модель Сенгера і Ніколсона. 60-70 г. Основа - ліпідний бішар, в який включені молекули інтегральних та периферичних білків.
Жідкомозаічная модель. З її допомогою пояснюється проникність мембран.

Мембранний транспорт
Активний: речовини переносяться через мембрану проти концентраційного, електричного та інших видів градієнтів, на це витрачається енергія клітинного метаболізму. Первинний активний транспорт і вторинний активний транспорт.
Пасивний: речовина без затрат енергії клітинного метаболізму переноситься через мембрану в напрямку градієнта. В його основі дифузія і осмос.

Дифузія визначається рухом молекулярних частинок у напрямку концентраційного градієнта. Дифузія у фізиці розглядається на прикладі простих моделей.
Для повної дифузії необхідно кілька діб. Для біо систем швидкість дифузії не змінюється, але вона здійснюється дуже швидко. Процес дифузії через мембрану вивчають на прикладі:

Швидкість дифузії визначатиметься кількістю речовини, дифундує в одиницю часу.

Закон Фіка. dQs / dt = Ds * A * dCs / dx dQs / dt - количесво речовини дифундують в одиницю часу

Ds - коефіцієнт дифузії

А - площа поверхні dCs / dx - концентраційний градієнт (зміна концентрації речовини з відстанню)

Для швидкості дифузії важливою величиною є концентраційний градієнт. Коеф дифузії залежить від природи та молекулярної маси розчиненої речовини і розчинника. З правого в лівий рух хаотичне, але воно не велике. Спостерігатимуться односпрямовані потоки - кількість розчиненої речовини, які перетинають одиницю площі поверхні молекули за 1 секунду в даному напрямку.

Iоднонапр потоку = dQs / dt, I вимірюється в моль / см2 * сек.

Односпрямований потік речовини в одному напрямку не залежить від потоку цієї ж речовини в протилежному напрямку. dQs / dt = P * (C1-C2), для опису дифузії незаряджених молекул.
Р - проникність мембрани,
(C1-C2) - різниця між концентрацією речовини 1 і 2
[C] = моль / см3,
[P] = cм / с.

Швидкість руху незаряджених молекул є лінійною функцією концентраційного градієнта. Р є функцією розглянутих мембран і діффунцірующего речовини.

Р = Дм * К / х,

Дм коефіцієнт дифузії речовини всередині мембрани (чим більше в'язкість мембрани, тим більше дифузія молекул, тим нижче ця величина). К-коефіцієнт розподілу. х - величина товщини мембрани. Коефіцієнт проникності від 10-12 до 10-2 см / сек еритроцитарний.

Під дією антидіуретичного гормону проникність мембрани може зростати в 10 разів.

Осмос

1748 - відкриття осмосу. Офицально вважається, що відкрив Жан-Антуан
Молле. Особливі властивості сечового міхура жаби. встановив, що ця мембрана має особливу властивість: якщо по одну сторону чиста вода, по інший розчинені речовини (розчини цукрів). У цих умовах вода починає активно проникати через мембрану сечового міхура в розчин.

Осмос полягає в переході молекул води через мембрану за напрямками її концентраційних градієнтів. Настає рівновага (динамічне) визначається фактором осмотичного тиску

(напрямок зліва направо).

Гідростатичний тиск розчину в правому відсіку, коли ці два тиску врівноважили один одного, то ми отримаємо рівновагу. Висновок: для того, щоб виміряти осмотичний тиск розчину потрібно виміряти гідростатичний тиск у другому відсіку.

У 1877 р Пфейффер визначив кількісний показник осмосу за допомогою осмометрі (має напівпроникну мембрану - з осадового ферроцианида Сu).
Пфейффер зробив висновок - осмотичний тиск пропорційно концентрації розчиненого речовини.

Вант-Гофер: в термодинамічній відношенні молекули води

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар