Кафедра медицинской и биологической физики Тема Биологические мембраны

Кафедра медицинской и биологической физики Тема: Биологические мембраны и их физические свойства лекция № 6 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060201 - Стоматология К. п. н. , доцент Шилина Н. Г. Красноярск, 2012

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. Строение мембраны. Модели мембраны Транспорт веществ через мембрану Уравнение Нернста-Планка Мембранный потенциал Потенциал покоя. Биопотенциал действия

Строение мембраны

СТРОЕНИЕ МЕМБРАНЫ

ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ n Переход из кристаллического в жидкокристаллическое состояние (температура повышается)

Функции мембраны n n n Транспортная функция- перенос различных веществ Барьерная функция- защита клетки от проникновения нежелательных частиц Матричная функция- основа для удержания белков, ферментов.

Модели мембраны Билипидная мембрана (БЛМ) Монослой фосфолипидов Липосома

«Кинки» В жидкой фазе молекулы фосфолипидов образуют полости «кинки» Происходит диффузия молекул поперёк мембран.

Физические свойства мембран Жидкокристаллическое состояние Вязкость липидного слоя 30 -100 м. Па/с Поверхностное натяжение 0, 03 -1 м. Н/м Электрические свойства - диэлектрик С Жидкокристалл Жидкость T 1 Твердое тело T 2 T

ЯВЛЕНИЕ ПЕРЕНОСА n n n – необратимые процессы, в результате которых в физической системе происходит пространственное перемещение (перенос) массы, импульса, энергии, заряда или др. физической величины. ВИДЫ ПЕРЕНОСА: Диффузия (перенос массы) Вязкость (перенос импульса) Теплопроводность (перенос энергии) Электропроводность (перенос заряда)

Транспорт веществ через мембрану ВИДЫ ТРАНСПОРТА ПАССИВНЫЙ АКТИВНЫЙ Пассивный – без затрат энергии клетки Активный – за счет энергии гидролиза АТФ

Классификация видов пассивного транспорта ПАССИВНЫЙ ФИЛЬТРАЦИЯ ОСМОC ЧЕРЕЗ ЛИПИДНЫЙ СЛОЙ ПРОСТАЯ ДИФФУЗИЯ ОБЛЕГЧЕННАЯ ДИФФУЗИЯ С ПОДВИЖНЫМ ПЕРЕНОСЧИКОМ ЧЕРЕЗ ПОРЫ В ЛИПИДНОМ БИСЛОЕ ЧЕРЕЗ БЕЛКОВУЮ ПОРУ С ФИКСИРОВАННЫМ ПЕРЕНОСЧИКОМ

Осмос. Диффузия молекул растворителя, через мембрану называется осмосом. Формула Вант–Гоффа

Осмотическое давление Интенсивность потока воды, вызванного градиентом осмотического давления.

Диффузия масс вещества.

Диффузия через мембрану.

K- коэффициент распределения вещества между мембраной и окружающей средой.

Уравнение Нернста-Планка Сила, действующая на 1 ион Сила действующая на 1 моль ион Перенос ионов определяется двумя факторами: 1)Градиентом концентрации 2)Градиентом электрического поля.

Разновидности пассивного транспорта. Обычное диффузное уравнение Фика. Облегченная диффузия через пору. Облегченная диффузия с помощью молекулпереносчиков.

Активный транспорт- происходит за счет энергии, высвобождающейся в ходе химических реакций внутри клетки.

а) К+-Na+-насос б) Ca 2+-насос в) Н+-насос (протонная помпа)

Работа K- Na насоса

n n n Связывание трех ионов Na+ и фосфорилирование АТФазы на внутренней поверхности мембраны. Транслокация комплекса со связанными ионами натрия на наружную поверхность мембраны. Перевод ионов натрия в межклеточную жидкость и присоединение из нее двух ионов калия. Гидролиз АТФ с отщеплением молекулы фосфорной кислоты. Вторая транслокация: перенос связанных ионов К+ через мембрану с наружной поверхности на внутреннюю. Завершение цикла: отсоединение двух ионов калия, присоединение трех ионов натрия и фосфорилирование молекулы АТФазы.

Активный транспорт Перенос веществ против соответствующих градиентов ( из области С 1 меньшей концентрации в область С 2 большей концентрации Перенос ионов через электрически поляризованную мембрану Результирующие работы.

Мембранный потенциал

Потенциал покоя n Основной вклад в создание и поддержание потенциала покоя вносят ионы Na+, K+, Cl- Уравнение ГОЛЬДМАНА-ХОДЖКИНА-КАТЦА знак минус- внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно.

Биопотенциал действия n При раздражении клетки проницаемость ионов Na резко возрастает.

Автоволна n n Волна, получающая энергию из среды в процессе распространения, называется автоволной. Среда дающая энергию автоволне называется активной. Распространение потенциала действия по нервному волокну происходит в форме автоволны. Активной средой является возбуждение клетки. Скорость распространения потенциала действия r- радиус нервного волокна.

Заключение: В лекции рассмотрены: n строение, основные функции и свойства мембран; n виды транспорта веществ через мембрану (пассивный и активный) n виды мембранного потенциала.

Тест-контроль Примером пассивного транспорта является: 1. натриевый насос 2. эстафетный перенос 3. кальциевый насос 4. протонный насос.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Обязательная: n Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика: учебник. -М. : Дрофа, 2007. Дополнительная: n Федорова В. Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии: учебное пособие. -М. : Физматлит, 2005. n Антонов В. Ф. Физика и биофизика. Курс лекций: учебное пособие. -М. : ГЭОТАР-Медиа, 2006. n Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике для самост. работы студентов /сост. О. Д. Барцева и др. Красноярск: Литера-принт, 2009. n Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для самост. работы студентов / сост. О. П. Квашнина и др. -Красноярск: тип. Крас. ГМА, 2007. n Физика. Физические методы исследования в биологии и медицине: метод. указания к внеаудит. работе студентов по спец. – стоматология / сост. Н. Г. Шилина и др. Красноярск: тип. Крас. ГМУ. 2009 n Шилина Н. Г. Основы сопротивления материалов: метод. указания для студентов специальности 060105 – стоматология. Красноярск: тип. Крас. ГМУ. 2007 – Электронные ресурсы: n ЭБС Крас. ГМУ n Ресурсы интернет n Электронная медицинская библиотека. Т. 4. Физика и биофизика. - М. : Русский врач, 2004.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ