Медициналы биофизикақ Д ріскер әД ріскерә Медициналы

Медициналы биофизикақ Д ріскер әД ріскерә Медициналы биофизика қ биофизикақ курсыны ң доценті Байдуллаева Гульжахан Елтай ызы қБайдуллаева Гульжахан Елтай ызық

дебиеттер: Ә 1. 1. Арызханов Б. , Биологиялы физика, қ 1990 ж. ж. 2. 2. Кошенов Б. К. Медициналы биофизика, , қ 2020 1111 г. г. 3. 3. Тиманюк В. А. , Животова Е. Н. Биофизика, Киев, 2004 г с. . 4. 4. РР емизов А. М. Медицинская и биологическая физика, М. , 2010 г. 5. 5. Антонов В. Ф. Биофизика, М. , 2006 г.

№№ 1 д ріс. ә Та ырыбы: қ Биологиялы қ мембраналар. рылымы, Құмембраналар. рылымы, Құ асиеттері ж не оларды қ ә о ыту жолдары қо ыту жолдарық

Биофизика –– тірі а залардағ тетін физикалы ө тетін физикалыө ж не қ ә физика-химиялы былыстарды қ құ арастыратын қарастыратынқ , , зерттеуді жа а ң ң физикалы дістерін олдану а ж не қ ә қ ғ ә т жірибелерге негізделінген іргелі ә п нні бірі. ә ңп нні бірі. ә ң

Биофизиканы негізгі ба ыты: ң ғ • — — Жасушалар биофизикасы. • — Квантты биофизика. қ • — Сезімтал м шелеріні биофизикасы ү ң • — К рделі ж йелерді биофизикасы ү ү ң

«Жасушалар биофизикасы » » : : • Жасуша ж не жасушааралы рылымны физика ә қ құ ң – – химиялы ққ асиетін қ • Зат ж не энергия алмасу за дылы тарын ә ң қЗат ж не энергия алмасу за дылы тарынә ң қ • Жасуша ызметіні физикалы механизмі қ ң қ (биопотенциалды пайда болуын, б лшы еттерді ң ұ қ ң(биопотенциалды пайда болуын, б лшы еттерді ң ұ қ ң жиырылуын, нерв импульстарыны таралуын ң ж не т. б. ) йретеді. ә ү

Жасуша

Биологиялық мембрана— жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар , пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), ақуызды-липидтік құрылымды жұқа қабықша.

Биологиялы мембрана — аса к рделі қ ү рылымды зат. Оны рамында құ ң құ ферменттік а уыздар, ерекше қ рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны деуші өң рылымдар сонымен құ атар гликопротеиндер мен қ гликолипидтер болады.

• Мембраналы ақ уыздарқ т рлі ызмет ү қ (мысалы, гликопротеиндер антиген р лін) ат арады. Кейбір химиялы ө қ қр лін) ат арады. Кейбір химиялы ө қ қ реакциялар (мысалы, хлоропластарда ж ретін фотосинтезді жары ү ң қж ретін фотосинтезді жары ү ң қ реакциялары немесе митохондриида ы ғ тоты а фосфорлану процесі) ғ биологиялы мембрананы зінде қ ң ө ж реді. үж реді. ү

Биологиялық мембраналар: 1. 1. Жасушаны сыртқы қоршаған ортадан шектейді және сыртқы ортаның кері әсерінен қорғайды 2. 2. Жасуша мен оны қоршаған ортаның арасындағы зат алмасуды басқарады 3. 3. Электрлік потенциалдардың пайда болуына ықпал етеді 4. 4. Митохондриядағы АТФ энергиясын синтездеуге қатынасады

Биологиялық мембрананың түрлері: Плазмолемма (( жасушаны ң ң сыртқы қабаты )) Жасушаішілік мембраналар Базальды мембрана

Плазмалы мембрана (плазматическая мембрана) — қ жасуша абы шасы — плазмолемманы негізін қ қ ң райтын билипидті-протеинді рылым, құ құрайтын билипидті-протеинді рылым, құ құ алынды ы 6 -10 нм. Екі абатты липидті қ ғ қ мембрана рамына фосфолипидтер, құмембрана рамына фосфолипидтер, құ сфингомиелиндер, холестерин кіреді. Плазмалы қсфингомиелиндер, холестерин кіреді. Плазмалы қ мембрананы рау а билипидті абатпен құ ғ қ байланыс ан интегральды, жартылай интегральды қ ж не шеткі протеиндер молекулалары енеді. әж не шеткі протеиндер молекулалары енеді. ә Плазмалы мембрананы 40% липид, 60% қ протеиндер райды. құ

Плазмалы мембрананы қ ң рылымы құрылымықұ

• Жасушаны ңң протоплазмасын оршап т р ан биологиялы қ ұ ғ қ мембрана жасушалы мембрана деп аталады. қ • Жасушалы ққ мембрана ос абатты қ қ а уызды-липидті молекулалардан қ т рады. ұ

Базальды мембрана гликолипидтер мен а уыздарданқ т рады ж не анны ұ ә қ ң рамында ы оректік заттарды құ ғ қ ңрамында ы оректік заттарды құ ғ қ ң лпа а, жасуша а енуін амтамасыз ұ ғ ғ қ етеді.

Мембрана негізінен ш ма ызды ү ң ызмет ат арады қ қ Матрицалы қ Барьерлік (кедергілік) рт рлі ызмет ә ү қ ат арушы қ а уыздарды қ стап т рушы ұ ұ ж не зара ә ө орналасуын, алпын қ са тайды қ Жасушалар мен жеке б ліктерге ө керексіз б лшектерді еніп ө ң кетуінен ор айды қ ғ Мысалы, улы зат ішкен кезде. Механикалы қМеханикалы қ

Мембраналарды алы ды ы ң қ ң ғ бірнеше нмнм (5 -10 нмнм )) шамасында, сонды тан оны оптикалы қ қсонды тан оны оптикалы қ қ микроскоппен емес, электронды микроскоппен қэлектронды микроскоппенқ ана к руге болады ғ өана к руге боладығ ө

Мембрана жасушаны ң автономды ын, затты тасымалын, ғ ңавтономды ын, затты тасымалын, ғ ң тыныс алу функциясын ж не т. б. әтыныс алу функциясын ж не т. б. ә аны тайды. қаны тайды. қ Мембрананы екі жа ында ң ғ ыш ылдылы , температура, затты қ қ қ ңыш ылдылы , температура, затты қ қ қ ң ерітілген концентрациясы, электрлік потенциалы ж не т. б. әпотенциалы ж не т. б. ә бірдей емес.

— Фосфолипидтерді екі абатың қ — Липид молекулалары гидрофилды бастан ж не гидрофобты ә йры шаны т зейді құ қ үйры шаны т зейдіқұ қ ү — Билипидты абатына а уыз қ қ- Билипидты абатына а уыз қ қ молекулалары, гликопротеиндер мен к мірсулар батырыл ан. ө ғММ ембрананы рылысы ң құембрананы рылысың құ

Құрылымы: Басы Денесі (мойны) йры шаларықұ қ

Мембрананы химиялы рамы: ң қ құ • липидтер; • ақуыздар; • көмірсулар; • гликопротеидтер (көмірсулардың ақуыздармен байланысы); • органикалық заттар.

Мембраналы липидтер 3 қ негізгі топ а б лінеді: қ ө фосфолипидтер гликолипидтер стероидтар

Фосфолипид рамы: Құ • Полярлы (гидрофильді) — (басы ж не ә денесі); • Полярлы емес (гидрофобты) — ( йры шалары) құ қ( йры шалары)құ қ

Химиялы рамық құ Басы – азотты (этаноламин, холин) ж не ә азотты емес (серин, инозин, треонин) негіздерінен рал ан. құ ғ Ортофосфорлы ыш ылдарды серінен басы денесімен қ қ ң ә байланысады. Денесі глицериннен немесе сфингозиннен (( аны па ан аминспиртінен қ қ ғаны па ан аминспиртіненқ қ ғ )) т радыұ. . йры шалары Құ қйры шаларыҚұ қ полярсыз май ыш ылдарыны СН тізбегінен т рады. қ қ ң ұыш ылдарыны СН тізбегінен т рады. қ қ ң ұ

Мембрананы майлы абатыны 40 ң қ ң 90%-ын глицерин немесе сфингозин туындылары, фосфолипидтер алып жатады.

Поярлы бастары Полярсыз йры шаларқұ қхолин фосфат Глицерин

Бастары Глицерин Май ыш ылды қ қ йры шалар құ қ

Кез келген мембрананы ң негізін екі абатты қ қнегізін екі абатты қ қ липидтер (к бінесе фосфолипидтер) ө райды. құ

Мембрананы райтын құ фосфолипид молекулалары амфипатикалы осынды болып қ қ келеді. ызметі жа ынан: Қ ғ Полярлы қ (гидрофиль) “бастары” Гидрофобты “ йры ша” құ қ

Екі абатты фосфолипидтерқ

Фосфолипидтер екі майлы ыш ыл қ қ алды тан т рады. қ қ ұ М ндай липидтер ұМ ндай липидтер ұ цилиндр пішінді болады. . Егер бір май ыш ылыны біреуі қ қ ң болмаса, онда конус пішін алады.

Су ерітіндісінде липидтер мицелла , ал мембранада – гидрофилді са ылаулар ң т зейді үт зейдіү Мицелла рылысы құрылысықұ

Мембраналы липидтерқ

Екі абатты липидтік абат екі қ қ жеке моно абаттардан қ рылады құрыладықұ Гидрофобты “ йры шалары” құ қ ішке ба ытталады. ғ Б л кезде молекуланы ұ ңБ л кезде молекуланы ұ ң гидрофобты б ліктеріні сумен қ ө ң жанасу беті е аз болады ңжанасу беті е аз боладың

Бастары СУ йры шаларыҚұ қ СУ

Фосфолипидтерді ң ты ызды ы фосфолипидтер ғ ғ рамына андай май құ қ ыш ылдарыны енуіне қ қ ң байланысты болады.

Гликолипидтер • К мірсулар байланысы мен ө а уыздардан т рады. қ ұ

Стероидтар Стероид-холестирин фосфолипидтті би абаттар а енуге абілетті. қ ғ қ Стероид – х олестерин – мембрана ты ызды ына сер етеді. ғ ғ ә БМ – да холестеринн і к беюі мембрананы ң ө ң ты ызды ын арттырып, заттар шін ғ ғ ү тімділігін азайтады. ө

Биологиялы мембрананы рылымы мен қ ң құ ерекшелігі туралы на ты ылыми м ліметтер 20 қ ғ ә асырды басында белгілі болды. ғ ң • 1902 ж. неміс алымы Э. Овертон мембрананы ғ ң рамында май тектес заттар болады деген пікір құ айтты. • 1926 ж. америкалы биологтар Э. Гортер мен қ Ф. Грендел адам эритроцитіні абы шасынан сол ң қ қ затты б ліп шы арды. ө ғ

Биологиялы мембрананы моделіқ ң 1931 жылы Н. Девсон ж не Р. Даниелли ә сэндвич (бутерброд) моделін сынды. ұсынды. ұ

Биомембраның « « Бутерброд моделі» : 1 – а уыздар (белоктар), қ 2 — бимолекулалы қ фосфолипидтерді моно абатың қ

1982 жылы сыныл ан ұ ғ Синджер мен Никольсонны с йы ты – мозаикалы ң ұ қ қ қНикольсонны с йы ты – мозаикалы ң ұ қ қ қ моделі ке ірек тара ан. ң ғ Мембрананы с йы мозаикалы ң ұ қ қМембрананы с йы мозаикалы ң ұ қ қ моделіні негізіне ң — липидтік би абатты қ мембрана алын ан. ғ Б л ұ –– фосфолипидтік негіз ішінде жартылай батып, ал ып ж рген қ қ ү а уыздары бар еріткіш т різдес. қ ә

Биомембраны мң мң озаикалы моделіқ : : 1 — а уыздар, қ 2 -2 — липидтер

Мембраналы а уыздарды к пшілігі қ қ ң ө мембрананы тесіп тіп орналасса, ал ө кейбірі о ан жартылай ана еніп немесе ғ ғ жанасып жатады.

Мембрана к птеген рт рлі ө ә ү а уыздардан т рады. қ ұ Бір а уыздар мембрананы беткі қ ң жа ында орналасса ғжа ында орналасса ғ (перифериялы немесе шеткері) қ(перифериялы немесе шеткері)қ , , бас алары мембрананы тесіп теді қ өбас алары мембрананы тесіп теді қ ө (интегралды ). қ

• Б лар с йы к йде бол анды тан кейбір ұ ұ қ ү ғ қ а уыздар (шеткейлі т рлері) ал ып немесе қ ү қ қ малынып (бірлестіруші т рлері), үмалынып (бірлестіруші т рлері), ү мембрананы екі бетіне штары шы ып ң ұ ғ т рады. Шеткейлік а уыздарды б рі ұ қ ң ә т гелдей энзимдік (ферменттік) ызмет ү қ ат арады. Мембрананы абылда ыштары қ ң қ ғ мен антитектері бірлестіруші ж не ә шеткейлік а уыздардан рал ан. қ құ ғ

М нда ы 1 -беттік а уыздар; 2 — ұ ғ қ жартылай бат ан а уыздар; қ қ 3 -толы бат ан а уыздар; қ қ қ 4 -ионды канал жасаушы қ а уыздар; 5 -канал. қ

Мембраналы а уыздарқ қ

Осы а уыздарды есебінен қ ң толы тайқ ж не ә жартылай мембрананы мынадай ң ызметі ж зеге асады: қ ү тімділігі өтімділігіө мембрана ар ылы белсенді ту қ ө электрлік потенциалды ңэлектрлік потенциалды ң т рленуі ж не т. б. ү әт рленуі ж не т. б. ү ә

Мембраналы а уыздар т рлі ызмет қ қ ү қ (мысалы, гликопротеиндер антиген р лін) ө ат арады. Кейбір химиялы реакциялар қ қ (мысалы, хлоропластарда ж ретін ү фотосинтезді жары реакциялары немесе ң қ митохондрияда ы тоты а фосфорлану ғ ғ процесі) биологиялы мембрананы зінде қ ң ө ж реді. ү

Мембраналарды на ты ң қ рылымы мен асиеттерін о ып құ қ қ йрену мембрананы ү ң физико – химиялы моделін қ (жасанды мембрана) пайдалан аннан кейін ғ ана м мкін болды. ғ ү Оларды ішінен ң шеуін ана арастырамыз. ү ғ қ

1 -1 — ші моделі мембрананы ң физикалы қфизикалық — химиялы моделіқ сусу — ауа немесе су — май аралы ында ы ғ ғ фосфолипидтерді ңфосфолипидтерді ң моно абаттарын қ арастырайы қ қарастырайық қ

Фосфолипидтер молекулалары здеріні гидрофильді бастарын ө ң су а, ал гидрофобты ғ “ йры шаларын” ауа а немесе құ қ ғ май а аратып орналасады. ғ қмай а аратып орналасады. ғ қ Моно абатты ауданын біртіндеп қ ң азайтса, ол мембрананы ңазайтса, ол мембрананы ң би абаттарыны біреуіндей ана қ ң ғ орын алады

Биомембрананы ң 2 -2 — ші моделі Б л модельде БМ моделі ретінде ұ липосома арастырылады. қарастырылады. қ

Липосомалар толы ымен а уызды ғ қ қ мембраналардан тазалан ан БМ т різдес ғ әтазалан ан БМ т різдесғ ә

БМ БМ 3 -3 — ші моделі — билипидтік мембрана (БЛМ) Бірінші рет б л модель ұ 1962 ж. П. Мюллер ж не оны ріптестерімен ә ң ә жасалды.

• Мембрананы екі жа ына электрод ң ғ орналастырып, мембрананы ңорналастырып, мембрананы ң кедергісін немесе потенциалды лшеуге болады өлшеуге боладыө • Егер алдын ала мембрананы екі ң жа ына екі т рлі зат ерітіндісін ғ ү орналастырса, онда мембрананы р ң ә т рлі заттар шін тімділігін ү ү ө аны тау а болады қ ғаны тау а боладық ғ

Мембрананы асиеттері мен ң қ параметрлері • Мембрана молекулаларыны оз ал ышты ы ң қ ғ ғ ғ мен мембрана ар ылы ж ретін б лшектер қ ү ө диффузиясы оны билипидті абатыны ң қ ңдиффузиясы оны билипидті абатыны ң қ ң с йы зат т різдес екендігін д лелдейді ұ қ ә әс йы зат т різдес екендігін д лелдейдіұ қ ә ә • Екінші жа ынан ал анда мембрана ғ ғ реттелген ж йе үж йеү Осы екі фактор с йы ұ қс йыұ қ — кристалды к йдеқ ү болатынды ын на тылайды ғ қболатынды ын на тылайдығ қ

Мембрананы липидтік абатыны ң қ ң т т ырлы ы ұ қ ғ 30 -100 м. Па*с , , я ни ғ суды т т ырлы ынан лкен, ал ң ұ қ ғ ү сімдік майыны т т ырлы ына ө ң ұ қ ғ шамалас Беттік керілуі 0, 03 -1 м. Н // мм (судыдікінен 2 -32 -3 д режедей кіші) ә д режедей кіші)ә

Т згергенде кезде фазалы ө қ ауысулар орын алады: ыздырыл ан кезде липидтерді қ ғ ңыздырыл ан кезде липидтерді қ ғ ң бал уы, ал керісінше де қ кристалдануы Фазалы ауысулар энергия қ алмасу а байланысты, я ни ғ ғ температура сірілген кездегі ө жылу сиымдылы ты згеруіне қ ң ө байланысты болады

Мембрана рылымы туралы жалпы құ м ліметтер рентген рылымды ж не ә құ қ ә рентгенспектрлік анализдер, электропарамагниттік ж не ядролы ә қэлектропарамагниттік ж не ядролы ә қ магниттік резонанс, люминесценттік анализ дістерімен алын ан. Осы ә ғ дістерді ә олдану н тижесінде қ ә жасушаны барлы б ліктеріндегі ң қ ө биологиялы мембрана таби атыны қ ғ ңбиологиялы мембрана таби атыны қ ғ ң сас болатыны аны талды. ұқ қ

Ба ылау с ра тары қ ұ қ (( кері байланыс ): ): • ББ иологи ялы қялық мембран аларды андай т рлері ң қ ү ж не ат аратын ызметі ә қ қж не ат аратын ызметіә қ қ • Мембраналы липидтерді т рлері қ ң үМембраналы липидтерді т рлеріқ ң ү • Мембраналы а уыздарды т рлері мен қ қ ң ү ызметтерін ата. қызметтерін ата. қ • Мембранада ы фазалы ауысулар алай ж зеге ғ қ қ ү асады • Жасанды мембран алар • Мембраналар рылымын зерттеуді андай құ ң қ дістері сіздерге белгілі әдістері сіздерге белгіліә. .

НАЗАРЛАРЫ ЫЗ А Ң Ғ РАХМЕТ !