Биологиялық мембраналардың қызметтері

         СӨЖ  
Тақырыбы: Биологиялық мембраналардың қызметтері

 

Тексерген: Қожаниязова А

Орындаған: Заурбекова Ж  

1. Кіріспе
2. Биологиялық мембраналар:

   а) құрылысы

   б) қызметі

3. Мембрананың иондық каналдары
4. Қорытынды
5. Пайдаланылған әдебиеттер

 

                       Жоспар:

  Жасушалардың  маңызды бөліктерінің бірі биологиялық  мембраналар болып табылады. Олар  жасушаларды қоршаған ортадан  бөліп тұрады, оны сыртқы зиянды  әсерлерден қорғайды, жасуша мен  қоршаған орта арасындағы зат  алмасуды басқарады, электрлік  потенциалдардың түрленуіне мүмкіндік  туғызады, АТФ энергиясын синтездеуге  қатысады т.б. Негізінен мембраналар  жасушаның құрылымын жасайды  және оның қызметін қалыптастырады. Көптеген аурулар (атеросклероз, улану т.б.) мембрананың құрылымы  мен қызметінің бұзылуынан болады.

 

• Биологиялық мембрана — клетканың және клетка ішіндегі бөлшектердің (ядро,митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), белокты-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық мембрана өткізгіштік қасиетіне байланысты клеткада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана клеткалық мембрана деп аталады

Клеткалық мембрана қос қабатты белокты-липидті молекулалардан тұрады. Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер 20 ғасырдың басында белгілі болды.

• 1902 ж. неміс ғалымы Э. Овертон мембрананың құрамында май тектес заттар болады деген пікір айтты.
• 1926 ж. америкалық биологтар Э. Гортер мен Ф.Грендел адам эритроцитінің қабықшасынан сол затты бөліп шығарды.
• Ал 1935 ж. ағылшын ғалымдары Л.Даниелли мен Г.Даусон және америкалық биолог Дж. Робертсон биологиялық мембрананың құрылымдық моделін ұсынды. Кейін электрондық микроскоп және рентгендік анықтау әдістерін қолдану нәтижесінде клетканың барлық бөліктеріндегі биологиялық мембрана табиғатының ұқсас болатыны анықталды.

Биологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді. Сондай-ақ, биологиялық мембрана клетканы қоршап, сыртқы ортадан оқшаулауы арқылы клетканың морфологиялық тұтастығын сақтайды.

Кез - келген мембрананың негізін екі қабатты  липидтер (көптеген жағдайда фосфолипидтер) құрайды. Мембрананы жасаушы липид молекулалары амфипатиялық қосылыстар болып табылады, яғни әртүрлі қызметтегі екі бөліктен тұрады: полярлық, гидрофилді «бастан» және полярлы емес, гидрофобты «құйрықтан» тұрады

Қазіргі кезде 1982 жылы ұсынылған Синджер мен Никольсонның сұйықтық – мозаикалық моделі кеңірек тараған. Олардың негізінде де биқабатты липидтік мембрана жатады.

Мембрананың фосфолипидті бұл түрі екі өлшемді еріткіш сияқты, онда белгілі бір мөлшерде ақуыздар болады. Осы ақуыздардың есебінен толықтай немесе жекелей мембрананың мынандай қызметтері жүзеге асады - өтімділігі, мембрана арқылы белсенді өту, электрлік потенциалдың түрленуі және т.б

Мембрананың сұйықтың мозаикалық құрылымы сызба түрінде 10.3- суретте көрсетілген.

  Мембрана қозғалмайтын құрылым емес. Липидтер мен ақуыздар орын алмастырып отырады және олардың мембрана жазықтығының бойымен орын алмастыруын литеральды диффузия, ал көлденең орын ауыстыруын «флип – флоп» деп атайды. Латеральды диффузияға липидтердің жоғарғы бөлігінің қозғалысы, ал «флип-флопқа» төменгі бөлігінің қозғалысы сәйкес келеді, яғни мембрананың екі жағындағы липидтердің орын ауыстыруы сирек үрдіс болып табылады.

Мембрананың сұйықтық-мозаикалық құрылымы. 1 – липидтердің гидрофильді «бастары»;

2 – липидтердің гидрофобты «құйрықтары»;

3 – гидрофильді липидтік саңылау; 4 – интегральды ақуыздар;

5 – гликолипидтің көміртегілі құраушысы: 

6 –ақуызды ұстап тұрушы микротүтік;

7- ақуыздық арна; 8 – перифериялық (беттік) ақуыздар.

 Мембраналар  маңызды үш қызмет атқарады: матрицалық, яғни әртүрлі қызмет атқарушы ақуыздарды ұстап тұрушы, тосқауылдық (барьер) – жасушалар мен жеке бөліктерге қажет емес бөлшектердің еніп кетуінен қорғаушы, және механикалық – зат алмасу үрдістерін жүзеге асырушы. Егер бұл қызметтер бұзылса, онда жасушаның қалыпты қызметінде өзгеріс болып, ағзаның аураға ұшырауы пайда болады.

 

 

Биологиялық мембраналар арқылы зат тасымалының  үш түрі бар, олар: диффузия, сүзгілеу (фильтрация) және осмос. Диффузияның өзі екіге бөлінеді – қарапайым диффузия және жеңілдетілген дифффузия.

Липидтік  қабат арқылы өтетін қарапайым диффузия 11.4-суретте көрсетілген, ол молекулалар  үшін – Фик теңдеуіне немесе жалпы  жағдайда

бейтарап  және зарядталған бөлшектер үшін – Нернст-Планк теңдеуіне

бағынады. Тірі жасушалардағы мұндай диффузия оттегі мен көмірқышқыл газдың өтуін  қамтамасыз етеді. Кейбір дәрілік заттар мен улар да липидтік қабат арқылы осылай өтеді.

 

 

 

                         11.4-сурет. Латериальды           11.5-сурет.Арналар арқылы               11.6-сурет.  Жеңілдетілген                                    

                                                     диффузия                          тасымал                                        диффузия

 

Алайда  мұндай қарапайым диффузиялар өте  баяу өтеді және жасушаны қажетті  қоректіктік заттармен қамтамасыз ете алмайды. Сондықтан мембранадағы белсенді емес зат тасымалдану канал  арқылы да өтеді (11.5-сурет).

Айырық немесе канал ақуыз молекулалары мен липидтерден тұратын мембранада пайда болатын жолдар. Бұл жолдар мембрана арқылы тек ұсақ молекулалардың өтуіне ғана емес, ірі иондардың өтуіне де мүмкіндік береді. Айырық диффузиясы да алдыңғы теңдеулер арқылы жазылады, тек өтімділік -ні үлкейтеді. Жеңілдетілген диффузияның ерекшелігі - иондар тасымалының арнайы молекулалар – тасымалданушылар көмегімен жүретіндігі (11.6-сурет). Тасымалдаушылардың екі түрі бар – қозғалмалы және бекітілген.  Қозғалмалы тасымалдаушыларға – валиномицин мен нигерицин, қозғалмайтынға – грамоцидин жатады. Олар – ионофорлар деп аталады.

 

Алдыңғы тақырыптарда көрсетілгендей молекулалар  мен иондар диффузиясы белсенді емес тасымалдануға жатады. Белсенді емес тасымалдану химиялық энергия шығынымен  байланыссыз, ол бөлшектер орын ауыстыруының аз электрохимиялық потенциалдар жағына қарай өтуіне байланысты.

Мұнымен қатар жасуша мембранасында молекулалар  мен иондардың үлкен электрохимиялық  потенциалдар жағына қарай тасымалдануы да өтеді. (молекулалар концентрациялар  басым жағына, иондар – оларға электр өрісі тарапынан әсер ететін күшке  қарсы ауысады).

Бұл үрдіс  энергияның есебінен орындалады, және диффузия құбылысына жатпайды – белсенді тасымал. К⁺ және Na⁺ иондары градиенттерінің пайда болуына мүмкіндік жасаушы мембраналар жүйесі натрий-калийлі насостар, немесе тек натрийлік насостар деп аталады.

Натрий-калийлік насостар цитоплазмалық мембраналар  құрамына кіреді, олар АТФ молекулалары гидролиздерінің энергиясы есебінен жұмыс істейді және АДФ молекулалары мен бейорганикалық фосфат молекулаларының  пайда болуына әкеледі:

АТФ=АДФ+Ф_н

 

Натрий-калийлі  насос қайтымды жұмыс істейді, яғни,

АДФ+Ф_н=АТФ

Концентрациясы  аз облыстан концентрациясы  көп  облысқа заттың бір мольін тасымалдауда атқарылатын жұмысты Гиббс энергиясының өзгерісі немесе химиялық потенциалдың өзгерісі арқылы табуға болады.

Бұл белсенді тасымалдану натрий – калий жұбы қатар жүргенде ғана орындалады. Басқаша  айтқанда, натрий иондары натрий-калий  насосын жасуша мембранасы бетінің  ішкі жағынан, ал калий иондары сыртқы жағынан белсендіреді.

Натрий-калий  насос жасушадан сырқы ортаға натрийдің үш ионын шығарып, айырбасқа  жасушаның ішіне калийдің екі  ионын ендіреді. Бұл кезде мембранада потенциялдар айырмасы пайда болады және сақталып тұрады, жасушаның ішкі бөлігі теріс зарядқа ие болады.

 

Мембраналар барлық жасушаларды қоршап тұрады. Мембранасыз жасушаның өзі диффузия әсерінен ыдырап кетер еді де, термодинамикалық тепе – теңдік пайда болып, өмір сүру болмас еді. Тіптен алғашқы жасушаның  өзі мембрана сыртқы ортадан оқшаулағаннан  кейін ғана пайда болды деуге  болады

 

      Қорытынды

  Пайдаланылған әдебиеттер:

 

1. “Қазақ Энциклопедиясы”, II-том
2. http://kk.wikipedia.org