Ομοιότητες και διαφορές μεταξύ τεχνητών μεμβρανών και φυσικών. Τεχνητή μεμβράνη: Ένα βήμα προς τη ζωή
Οι τεχνητές μεμβράνες παράγονται χρησιμοποιώντας ειδικά ανεπτυγμένες τεχνικές. Τέτοια συστήματα μεμβρανών αποτελούνται τυπικά από ένα μόνο φωσφολιπίδιο (φυσικό ή συνθετικό) ή ένα μείγμα και των δύο. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες (π.χ. ήπια υπερήχηση), αυτά τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν σφαιρικά κυστίδια διπλής στοιβάδας. Τα κυστίδια που οριοθετούνται από μια λιπιδική διπλοστιβάδα ονομάζονται λιποσώματα.
Ας δούμε μερικά παραδείγματα χρήσης
Ρύζι. 42.8. Όταν η μεμβράνη αυτοσυναρμολογείται, διατηρείται η θεμελιώδης δομή της, αλλά όχι η ασυμμετρία της. Οι μεμβράνες καταστρέφονται όταν υποβάλλονται σε επεξεργασία με απορρυπαντικά σε υψηλές συγκεντρώσεις. αμφίφιλα μόρια απορρυπαντικού σχηματίζουν μικρά σταγονίδια που ονομάζονται μικκύλια. Το απορρυπαντικό διαλύει τα συστατικά της μεμβράνης τυλίγοντας τις υδρόφοβες περιοχές των λιπιδίων και των πρωτεϊνών και τα περικλείει σε μικκύλια, όπου προστατεύονται από το νερό. Αφού αφαιρεθεί το απορρυπαντικό, τα λιπίδια σχηματίζουν αυθόρμητα μια νέα διπλή στιβάδα με πρωτεΐνες ενσωματωμένες σε αυτό. Ωστόσο, τα τελευταία περιλαμβάνονται κυρίως σε τυχαίο προσανατολισμό. Πειράματα όπως αυτό που περιγράφεται εδώ έχουν δείξει ότι όλες οι κυτταρικές μεμβράνες αποτυγχάνουν να αυτοσυναρμολογηθούν σωστά. Τουλάχιστον ορισμένες ενσωματωμένες πρωτεΐνες πρέπει να ενσωματωθούν σε μια έτοιμη μεμβράνη που έχει έναν συγκεκριμένο προσανατολισμό. (Από Lodish N. F., Rothman J. E.: The assembly of cell membranes. Sci. Am. 1979,240, 43, με ευγενική άδεια.)
συστήματα τεχνητών μεμβρανών και υποδεικνύουν τα πλεονεκτήματά τους έναντι των φυσικών μεμβρανών.
1. Η περιεκτικότητα σε διαφορετικά λιπίδια σε τεχνητές μεμβράνες μπορεί να ποικίλλει. Αυτό επιτρέπει μια συστηματική μελέτη της επίδρασης της λιπιδικής σύνθεσης των μεμβρανών σε μια συγκεκριμένη λειτουργία. Για παράδειγμα, είναι δυνατόν να ληφθούν κυστίδια αποκλειστικά από φωσφατιδυλοχολίνη ή, αντιστρόφως, από μίγμα φωσφολιπιδίων γνωστής σύνθεσης που περιλαμβάνει γλυκολιπίδια και χοληστερόλη. Οι μεμβράνες μπορούν να κατασκευαστούν από λιπίδια με διαφορετικά υπολείμματα λιπαρών οξέων. Αυτό επιτρέπει συστηματικές μελέτες της επίδρασης της σύνθεσης λιπαρών οξέων σε ορισμένες λειτουργίες της μεμβράνης (για παράδειγμα, μεταφορά).
2. Καθαρισμένες πρωτεΐνες ή ένζυμα μεμβράνης μπορούν να ενσωματωθούν σε κυστίδια. Αυτό μας επιτρέπει να αναγνωρίσουμε ποια μόρια (π.χ. συγκεκριμένα λιπίδια ή βοηθητικές πρωτεΐνες) απαιτούνται για την αναδόμηση της λειτουργίας των καθαρισμένων πρωτεϊνών. Μελέτες καθαρισμένων πρωτεϊνών, όπως το σαρκοπλασμικό δίκτυο Ca2+-ATPase, δείχνουν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις μία πρωτεΐνη και ένα λιπίδιο επαρκούν για την ανακατασκευή της αντλίας ιόντων.
3. Το μικροπεριβάλλον των τεχνητών συστημάτων μπορεί να ελέγχεται αυστηρά και να διαφοροποιείται σκόπιμα (για παράδειγμα, αλλαγή της συγκέντρωσης των ιόντων). Μπορούν να εκτεθούν σε συνδέτες ειδικούς σε ορισμένους υποδοχείς πρωτεΐνης που περιέχονται στο λιπόσωμα.
4. Όταν σχηματίζονται λιποσώματα, μπορούν να συλλάβουν ορισμένα συστατικά, για παράδειγμα, φάρμακα ή μεμονωμένα γονίδια. Η χρήση λιποσωμάτων για χορήγηση φαρμάκου σε συγκεκριμένους ιστούς φαίνεται πολλά υποσχόμενη. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν συστατικά στις μεμβράνες των λιποσωμάτων (για παράδειγμα, αντισώματα σε ορισμένα μόρια κυτταρικής επιφάνειας), επιτρέποντάς τους να απευθυνθούν σε συγκεκριμένους ιστούς ή όγκους. Το θεραπευτικό αποτέλεσμα αυτής της μεθόδου χορήγησης φαρμάκου θα πρέπει να είναι αρκετά σημαντικό. Το DNA που περικλείεται μέσα στα λιποσώματα φαίνεται να είναι λιγότερο ευαίσθητο στις νουκλεάσες. αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη γονιδιακή θεραπεία.
Μια συσκευή με δύο ζώνες εργασίας, στις οποίες διατηρούνται διαφορετικές πιέσεις και συνθέσεις του μείγματος που διαχωρίζεται.
Οι μεμβράνες μπορούν να κατασκευαστούν με τη μορφή επίπεδων φύλλων, σωλήνων, τριχοειδών αγγείων και κοίλων ινών. Οι μεμβράνες είναι διατεταγμένες σε συστήματα μεμβρανών. Οι πιο κοινές τεχνητές μεμβράνες είναι οι πολυμερείς ηλεκτρολυτικές μεμβράνες. Υπό ορισμένες συνθήκες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πλεονεκτικά κεραμικές μεμβράνες.
Ορισμένες μεμβράνες λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών μεμβράνης, όπως μικροδιήθηση, υπερδιήθηση, αντίστροφη όσμωση, διεξάτμιση, διαχωρισμός αερίων, αιμοκάθαρση ή χρωματογραφία. Η μέθοδος εφαρμογής εξαρτάται από τον τύπο της λειτουργικότητας που περιλαμβάνεται στη μεμβράνη, η οποία μπορεί να βασίζεται σε μόνωση διαστάσεων, χημική συγγένεια ή ηλεκτροστατική.
Χρήση
Οι μεμβράνες χρησιμοποιούνται συνήθως για τον καθαρισμό του νερού, την αφαίρεση μικροοργανισμών από τα γαλακτοκομικά προϊόντα, την αφαλάτωση του νερού, την αφυδάτωση φυσικού αερίου, την αιμοκάθαρση ή ως συστατικά κυψελών καυσίμου.
δείτε επίσης
Γράψτε μια κριτική για το άρθρο "Τεχνητή μεμβράνη"
Βιβλιογραφία
- Yu. I. Dytnersky, V. P. Brykov, G. G. Kagramanov. Διαχωρισμός αερίων με μεμβράνη. - Μ.: Χημεία, 1991.
Απόσπασμα που χαρακτηρίζει Τεχνητή μεμβράνη
Έτσι, περπατώντας εντελώς ελεύθερα γύρω από το σπίτι του Αγίου Πάπα, ταράζω τα μυαλά μου, χωρίς να φανταστώ τι σήμαινε αυτό το ανεξήγητο, μακρύ «διάλειμμα». Ήξερα σίγουρα ότι ο Caraffa βρισκόταν πολύ συχνά στις κάμαρες του. Που σήμαινε μόνο ένα πράγμα: δεν είχε πάει ακόμη μακρινά ταξίδια. Αλλά για κάποιο λόγο δεν με ενόχλησε ακόμα, σαν να είχε ειλικρινά ξεχάσει ότι ήμουν στην αιχμαλωσία του και ότι ήμουν ακόμα ζωντανός...Στις «βόλτες» μου συνάντησα πολλούς διαφορετικούς, υπέροχους επισκέπτες που ήρθαν να επισκεφτούν τον Άγιο Πάπα. Αυτοί ήταν καρδινάλιοι και μερικά πολύ υψηλόβαθμα πρόσωπα άγνωστα σε μένα (που έκρινα από τα ρούχα τους και πόσο περήφανα και ανεξάρτητα συμπεριφέρονταν με τους άλλους). Αλλά αφού έφυγαν από την αίθουσα του Πάπα, όλοι αυτοί οι άνθρωποι δεν έδειχναν πλέον τόσο σίγουροι και ανεξάρτητοι όσο πριν επισκεφτούν τη δεξίωση... Άλλωστε, για τον Caraffa, όπως ήδη είπα, δεν είχε σημασία ποιος στεκόταν μπροστά από αυτόν ήταν, το μόνο σημαντικό για τον Πάπα ήταν η ΘΕΛΗΣΗ ΤΟΥ. Και τίποτα άλλο δεν είχε σημασία. Ως εκ τούτου, πολύ συχνά έβλεπα πολύ «ξεφτιλισμένους» επισκέπτες, που προσπαθούσαν ανόητα να φύγουν από τις «δαγκωτικές» παπικές κάμαρες όσο το δυνατόν γρηγορότερα...
Σε μια από τις ίδιες, απολύτως πανομοιότυπες «ζοφερές» μέρες, αποφάσισα ξαφνικά να κάνω κάτι που με στοίχειωνε εδώ και καιρό - να επισκεφτώ επιτέλους το δυσοίωνο Παπικό κελάρι... Ήξερα ότι αυτό ήταν μάλλον «γεμάτο με συνέπειες, αλλά η προσμονή του κινδύνου ήταν εκατό φορές χειρότερη από τον ίδιο τον κίνδυνο.
Και αποφάσισα...
Κατεβαίνοντας τα στενά πέτρινα σκαλοπάτια και ανοίγοντας τη βαριά, θλιβερά γνώριμη πόρτα, βρέθηκα σε έναν μακρύ, υγρό διάδρομο που μύριζε μούχλα και θάνατο... Δεν υπήρχε φωτισμός, αλλά το να προχωρήσω πιο πέρα δεν ήταν κάτι σπουδαίο, αφού πάντα είχε καλή αίσθηση της κατεύθυνσης Στο σκοτάδι. Πολλές μικρές, πολύ βαριές πόρτες δυστυχώς εναλλάσσονταν η μία μετά την άλλη, εντελώς χαμένες στα βάθη του ζοφερού διαδρόμου... Θυμήθηκα αυτούς τους γκρίζους τοίχους, θυμήθηκα τη φρίκη και τον πόνο που με συνόδευαν κάθε φορά που έπρεπε να επιστρέψω από εκεί... Αλλά διέταξα τον εαυτό μου να είμαι δυνατός και να μην σκέφτομαι το παρελθόν. Μου είπε να πάω. Αρχική > Πρόγραμμα
Τεχνητές μεμβράνες. Μονοστιβάδα στη διεπαφή. Διστοιβάδες λιπιδικές μεμβράνες. Λιποσώματα και πρωτεολιποσώματα. Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης λιποσωμάτων με βιομεμβράνες. Ιδιότητες τεχνητών μεμβρανών, ομοιότητες και διαφορές από τις φυσικές μεμβράνες, πρακτική χρήση στη βιολογία και την ιατρική.
Βιοφυσική διεργασιών μεταφοράς ουσιών μέσω βιομεμβρανών
Το πρόβλημα της διαπερατότητας των ουσιών μέσω των βιομεμβρανών. Μέθοδοι για τη μελέτη της διαπερατότητας. Τύποι μεταφοράς ουσιών μέσω βιομεμβράνης. Παθητική μεταφορά (διάχυση). Κινητήρια δύναμη διάχυσης. Η εξίσωση διάχυσης του Fick. Εξάρτηση της διαπερατότητας της μεμβράνης από τη διαλυτότητα στο νερό και τα λιπίδια. Ακουαπορίνες. Διαπερατότητα μεμβρανών σε νερό και ουδέτερα μόρια. Διαπερατότητα μεμβράνης σε ιόντα. Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό μεταφοράς παθητικών ιόντων. Ηλεκτροχημικό δυναμικό. Μηχανισμοί διέλευσης ιόντων από τη μεμβράνη. Μεταφορά ιόντων σε κανάλια. Σύγχρονη κατανόηση της δομής και της λειτουργίας των καναλιών. Επιλεκτικότητα καναλιών. Επαγόμενη μεταφορά ιόντων, μοντελοποίησή της σε λιποσώματα και επίπεδες διπλοστοιβάδες λιπιδικές μεμβράνες. Ιονοφόρα: κινητοί φορείς και ουσίες σχηματισμού καναλιών. Διευκολυνόμενη διάχυση, κύριες ιδιότητες και διαφορές της από την απλή διάχυση. Μετατόπιση ριζών ως είδος μεταφοράς ουσιών, μηχανισμοί και ρόλος της στη μεταφορά σακχάρων, αμινοξέων και άλλων μεταβολιτών στο κύτταρο. Ενεργή μεταφορά μορίων και ιόντων, διαφορά από διευκολυνόμενη διάχυση. Ιδιότητες και λειτουργίες της ενεργού μεταφοράς. Θερμοδυναμική ενεργητικής μεταφοράς μορίων και ιόντων. Μηχανισμοί ενεργητικής μεταφοράς. Ηλεκτρογενής και ουδέτερη μεταφορά. Πρωτογενής και δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά. Μεταφορικές ΑΤΡάσες, συνοπτικά χαρακτηριστικά και ταξινόμηση τους. Δομή και μηχανισμός δράσης της αντλίας Na-K. Ενεργή μεταφορά Ca 2+ και πρωτονίων. Μοντέλα παθητικών και ενεργών καναλιών παράλληλης λειτουργίας. Ειδικοί μηχανισμοί μεταφοράς ουσιών μέσω της βιομεμβράνης (ενδο- και εξωκυττάρωση, μεταφορά DNA κ.λπ.).
Βιοηλεκτρικά φαινόμενα.
Σύντομη ιστορία της ανακάλυψης και μελέτης των βιοηλεκτρικών φαινομένων. Ταξινόμηση βιοδυναμικών. Χαρακτηριστικά βιοδυναμικών ιοντικών και ηλεκτροδίων. Δυνατότητα ανάπαυσης, η προέλευσή του. Δυνατότητα δράσης. Σύγχρονη κατανόηση της δημιουργίας νευρικών ερεθισμάτων. Μοντέλο Hodgkin-Huxley. Μέτρηση του δυναμικού δράσης σε ένα νεύρο. Ασύμμετρη κατανομή ιόντων και στις δύο πλευρές της μεμβράνης ως βάση για την ανάδυση βιοδυναμικών. Παράγοντες που καθορίζουν το μέγεθος του δυναμικού της μεμβράνης. Ισορροπία Donnan. Μεταφορά ιόντων σε διεγέρσιμες μεμβράνες. Διάδοση μιας νευρικής ώθησης κατά μήκος μυελινωμένων και μη μυελινωμένων νευρικών ινών. Παροχή ενέργειας για διεργασίες διάδοσης διέγερσης. Η διανυσματική φύση της μετάδοσης ηλεκτρικών σημάτων, ο μηχανισμός της. Η σημασία της καταγραφής βιοδυναμικών για τη βιολογία και την ιατρική. Ηλεκτροκινητικά φαινόμενα. Σχηματισμός ηλεκτρικής διπλής στρώσης. Παράγοντες που καθορίζουν το μέγεθος του ηλεκτροκινητικού δυναμικού. Εφαρμογή της μικροηλεκτροφόρησης για την εκτίμηση του ηλεκτρικού δυναμικού των κυτταρικών μεμβρανών σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Παραδείγματα άλλων ηλεκτροκινητικών φαινομένων.
Μοριακοί μηχανισμοί διεργασιών ενεργειακής σύζευξης.
Γενικά χαρακτηριστικά μετατροπής ενέργειας σε βιομεμβράνες. Συμπλέγματα σύζευξης, εντοπισμός τους στη μιτοχονδριακή και φωτοσυνθετική μεμβράνη των χλωροπλαστών. Η δομή και οι συνθήκες λειτουργίας των διαφόρων αλυσίδων μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETCs) σε βιομεμβράνες. Δυναμικό οξειδοαναγωγής φορέων ηλεκτρονίων, η μέτρησή του (εξίσωση Nernst). Χαρακτηριστικά και βιολογική σημασία της μεταφοράς ηλεκτρονίων. Ομοιότητες και διαφορές μεταξύ CPE σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες. Εξεργονικά και ενεργονικά στάδια οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, αποτελεσματικότητα αυτής της διαδικασίας. Θεωρίες που εξηγούν τον μηχανισμό της φωσφορυλίωσης της μεμβράνης. Βασικές διατάξεις της θεωρίας του P. Mitchell. Ηλεκτροχημικό δυναμικό ιόντων υδρογόνου. Σύνθεση πρωτονιακής ΑΤΡάσης. Μηχανισμός ενεργειακής σύζευξης (σχηματισμός και υδρόλυση ΑΤΡ). Συνέπειες της χημειοσμωτικής θεωρίας. Άλλοι μεταφορείς ιόντων λειτουργούν ως μετατροπείς μοριακής ενέργειας που παράγουν ATP. Γενικευμένο διάγραμμα μετασχηματισμού ενέργειας σε κύτταρο.
Βιοφυσική συσταλτικών συστημάτων.
Γενικά χαρακτηριστικά μηχανοχημικών διεργασιών. Κύριοι τύποι συσταλτικών και κινητών συστημάτων. Βιοφυσικά χαρακτηριστικά μυϊκών και μη μυϊκών συσταλτικών πρωτεϊνών (ακτίνη, μυοσίνη, τροπομυοσίνη, τουμπουλίνη, μαστίγωση κ.λπ.). Βασικές ιδιότητες του ραβδωτού μυός ως μηχανοχημικού μετατροπέα ενέργειας. δομή σαρκομερίου, οι αλλαγές του κατά τη συστολή. Μοριακός μηχανισμός μυϊκής συστολής, ρύθμισή του. Παροχή ενέργειας για μυϊκή σύσπαση. τη σημασία των πειραμάτων των V. Engelhardt και M. Lyubimova. Θεωρίες που εξηγούν τον μηχανισμό συστολής. Τα κύρια δομικά χαρακτηριστικά των μη μυϊκών συσταλτικών συστημάτων, ο μοριακός μηχανισμός της κινητικότητάς τους.
Βιοφυσική φωτοβιολογικών διεργασιών
Γενικά χαρακτηριστικά και ταξινόμηση των φωτοβιολογικών διεργασιών και τα στάδια τους. Εφαρμογή των νόμων της φυσικής και της φωτοχημείας σε φωτοβιολογικές διεργασίες. Απορρόφηση φωτός από βιομόρια. Νόμος Lambert-Beer. Μηχανισμός απορρόφησης φωτός. Κανονικότητα μετάβασης φωτοηλεκτρονίου σε διεγερμένο επίπεδο. Φάσματα απορρόφησης βιομορίων. Οπτικές ιδιότητες πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων: απορρόφηση φωτός, οπτική δραστηριότητα, διασπορά οπτικής περιστροφής, κυκλικός διχρωμισμός, φύση υποχρωμικών και υπερχρωμικών επιδράσεων. Μονοπάτια απενεργοποίησης μορίων που διεγείρονται από το φως. Φωτεινότητα, τύποι και κύρια φυσικά χαρακτηριστικά: φάσματα εκπομπής, κβαντική απόδοση, διάρκεια λάμψης. Βιοφωταύγεια και εξαιρετικά αδύναμη λάμψη αντικειμένων (βιοχημική φωταύγεια). Μετανάστευση ενέργειας στα βιοσυστήματα, οι μηχανισμοί της: επαγωγικός συντονισμός, εξιτόνιο, συντονισμός ανταλλαγής, ημιαγωγός. Τύποι φωτοχημικών αντιδράσεων; μονοκβαντικές και δύο κβαντικές αντιδράσεις. Φάσματα δράσης φωτοβιολογικών διεργασιών. Βιοφυσική της φωτοσύνθεσης. Η φυσική έννοια της φωτοσύνθεσης. Μετατροπή ενέργειας στις πρωτογενείς διαδικασίες της φωτοσύνθεσης. Μεταφορά ηλεκτρονίων και φωτοφωσφορυλίωση. Θερμοδυναμική φωτοσύνθεσης, κβαντική απόδοση και κβαντική κατανάλωση, αποτελεσματικότητα μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια. Φωτοσύνθεση βακτηριοροδοψίνης: φυσική και βιολογική σημασία, ακολουθία ενεργειακών μετασχηματισμών, μοριακός μηχανισμός. Φωτοκαταστροφικές διεργασίες. Φωτοχημικές αντιδράσεις υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας σε νουκλεϊκά οξέα. Μοριακοί μηχανισμοί δράσης της υπεριώδους ακτινοβολίας σε πρωτεΐνες και λιπίδια. Βιολογική σημασία της φωτοφθοράς στα μόρια. Φωτοευαισθητοποίηση και φωτοπροστασία. φως και σκοτεινή αποκατάσταση. Βασικά φυσικά χαρακτηριστικά και βιολογικές επιδράσεις της ακτινοβολίας λέιζερ. Ο ρόλος των δύο κβαντικών αντιδράσεων. Μέθοδοι έρευνας με λέιζερ.
Ρύθμιση βιολογικών διεργασιών.
Βασικές έννοιες της θεωρίας της πληροφορίας. Σχέση εντροπίας και πληροφορίας σε βιολογικά συστήματα. Η ποσότητα των βιολογικών πληροφοριών, η αξία τους. Εφαρμογή της θεωρίας της πληροφορίας σε βιοδιεργασίες: γενετικός κώδικας, πληροφοριακά χαρακτηριστικά της δομής των πρωτεϊνών κ.λπ. Η έννοια της βιοκυβερνητικής. Αρχές αυτορρύθμισης βιολογικών διεργασιών (θετική και αρνητική ανάδραση, αυτοταλαντώσεις, βιορυθμοί). Ο ρόλος των βιολογικών ερεθισμάτων στη ρύθμιση του μεταβολισμού.
ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΡΤΑ
| Αριθμός ενότητας, θέμα, μάθημα | Τίτλος ενότητας, θέμα, μάθημα. κατάλογο θεμάτων προς μελέτη | Αριθμός ωρών τάξης | Υλική υποστήριξη για το μάθημα (οπτικά, διδακτικά βοηθήματα κ.λπ.) | Βιβλιογραφία | Μορφές ελέγχου |
|||||||
| πρακτικός (σεμινάρια) | εργαστήριο | διαχειρίζεται ανεξάρτητη εργασία του μαθητή |
||||||||||
| Εισαγωγή: Αντικείμενο και καθήκοντα βιοφυσικής, προβλήματα, στάδια ανάπτυξης, προοπτικές και κατευθύνσεις ανάπτυξης. | Διαφάνειες για προβολέα, πίνακα, κιμωλία | LD 1,2,3,4,6,7 | εξέταση |
|||||||||
| Διαφάνειες για προβολέα γραφικών, Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα. | |||||||||||
| Κινητική βιολογικών διεργασιών.Στοιχειώδεις κινητικές εξισώσεις. Μοριακότητα και σειρά αντιδράσεων. Χαρακτηριστικά της κινητικής των βιολογικών διεργασιών. Εξάρτηση των ρυθμών αντίδρασης από τη συγκέντρωση των ουσιών και τη θερμοκρασία. Συντελεστής Van Hoff. Ενέργεια ενεργοποίησης και ορισμός της. Εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη φύση του καταλύτη Κινητική ενζυματικών διεργασιών. Σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος, μέθοδοι ανίχνευσής του. Γραφική αναπαράσταση της εξάρτησης του ρυθμού μιας ενζυμικής αντίδρασης από τη συγκέντρωση του υποστρώματος, τη θερμοκρασία, το pH και άλλους παράγοντες. Η εξίσωση Michaelis-Menten και ο αλγεβρικός μετασχηματισμός της για τον προσδιορισμό της σταθεράς του κοινού ρυθμού. Κινητική-γραφική ανάλυση τύπων αναστολής. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών. Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Μονοπάτια για τη μετατροπή ενέργειας στο κύτταρο. Το κύτταρο είναι σαν μια χημική μηχανή. Θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά των κύριων διεργασιών που σχετίζονται με τη μετατροπή ενέργειας. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Φωτοβιολογικές διεργασίες.Ταξινόμηση φωτοβιολογικών διεργασιών. Φωτοχημικές αντιδράσεις. Φωτεινές και σκοτεινές φάσεις της φωτοσύνθεσης. Ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης του φωτός με την ύλη. Διεγερμένη κατάσταση μορίων. Μηχανισμοί απορρόφησης φωτός από την ύλη. Φθορισμός και φωσφορισμός, χαρακτηριστικά, ιδιότητες, νόημα. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών | |||||||||||
| Μοριακή βιοφυσικήΑντικείμενο και καθήκοντα της μοριακής βιοφυσικής; ερευνητικές μέθοδοι. Διάφοροι τύποι αλληλεπιδράσεων σε πολυμερή, τα βιοφυσικά τους χαρακτηριστικά. Χωρική οργάνωση ενός μορίου πρωτεΐνης. Ποικιλία δευτερογενών και τριτογενών πρωτεϊνικών δομών. υπερσπείρες. Μεταπτώσεις φάσεων στις πρωτεΐνες. θερμική και χημική μετουσίωση. Μηχανισμός, θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά. Φυσικά μοντέλα DNA. Πολυμορφισμός της δευτεροταγούς δομής του ΝΚ. Μεταβάσεις φάσης μετουσίωση πηνίου έλικας και μετουσίωση NC, παράγοντες μετουσίωσης. Ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά μετουσίωσης. Μέθοδος υβριδισμού μοριακού DNA, η βιολογική του σημασία. Φυσικές ιδιότητες του NC. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Βιοφυσική των μεμβρανών.Μέθοδοι μελέτης βιομεμβρανών. Ανάπτυξη ιδεών για τη δομική οργάνωση των μεμβρανών. Βιοφυσικά χαρακτηριστικά των μοριακών συστατικών των μεμβρανών: πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες και τα σύμπλοκά τους. Το νερό ως αναπόσπαστο συστατικό των βιομεμβρανών. Υγρό μωσαϊκό μοντέλο, τα κύρια χαρακτηριστικά του. Φυσικές ιδιότητες βιομεμβρανών. Κινητικότητα των συστατικών της βιομεμβράνης. Μεταπτώσεις φάσεων σε μεμβράνες. Υγροί κρύσταλλοι στη δομή των μεμβρανών, οι ιδιότητές τους. Λειτουργίες βιολογικών μεμβρανών. Τεχνητές μεμβράνες. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Διαπερατότητα κυττάρων και ιστών.Ταξινόμηση και σύντομη περιγραφή των τύπων μεταφοράς ουσιών μέσω βιολογικών μεμβρανών. Παθητική μεταφορά, είδη, μηχανισμοί. Διαπερατότητα μεμβράνης σε νερό και ηλεκτρολύτες. Σύγχρονη κατανόηση της δομής και της λειτουργίας των καναλιών. Επιλεκτικότητα καναλιών. Ιδιότητες και λειτουργίες της ενεργητικής μεταφοράς. Θερμοδυναμική ενεργητικής μεταφοράς μορίων και ιόντων. Μηχανισμοί ενεργητικής μεταφοράς. Ηλεκτρογενής και ουδέτερη μεταφορά. Πρωτογενής και δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά. Μεταφορικές ΑΤΡάσες, συνοπτικά χαρακτηριστικά και ταξινόμηση τους. Ειδικοί μηχανισμοί μεταφοράς ουσιών μέσω της βιομεμβράνης | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Βιοηλεκτρικά φαινόμεναΓενικά χαρακτηριστικά και ταξινόμηση βιοδυναμικών. Χαρακτηριστικά βιοδυναμικών ιοντικών και ηλεκτροδίων. Δυνατότητα ανάπαυσης, η προέλευσή του. Δυνατότητα δράσης. Σύγχρονη κατανόηση της δημιουργίας νευρικών ερεθισμάτων. Παράγοντες που καθορίζουν το μέγεθος του δυναμικού της μεμβράνης. Διάδοση μιας νευρικής ώθησης κατά μήκος μυελινωμένων και μη μυελινωμένων νευρικών ινών. Ηλεκτροκινητικά φαινόμενα. Παράγοντες που καθορίζουν το μέγεθος του ηλεκτροκινητικού δυναμικού. | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
| Βιοφυσική συσταλτικών συστημάτωνΓενικά χαρακτηριστικά μηχανοχημικών διεργασιών. Κύριοι τύποι συσταλτικών και κινητών συστημάτων. Βιοφυσικά χαρακτηριστικά μυϊκών και μη μυϊκών συσταλτικών πρωτεϊνών. Βασικές ιδιότητες του ραβδωτού μυός. Μοριακός μηχανισμός μυϊκής συστολής, ρύθμισή του. Τα κύρια δομικά χαρακτηριστικά των μη μυϊκών συσταλτικών συστημάτων, ο μοριακός μηχανισμός της κινητικότητάς τους | Διαφάνειες για προβολέα γραφικών Επεξηγηματικά σχέδια στον πίνακα | |||||||||||
ΜΕΡΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ
Βασική και συμπληρωματική βιβλιογραφία
| Βιβλιογραφία | Έτος έκδοσης |
|
| Κύρια (LO) | ||
| Ρούμπιν Α. Μπ.Βιοφυσική. Μ.: Βιβλιοθήκη «Πανεπιστήμιο», Τ. 1-2. Antonov V.F.Βιοφυσική. Μ.: Ούλα. δημοσίευσε κέντρο «Βλάδος», Ρούμπιν Α. Μπ.Διαλέξεις για τη βιοφυσική. Μ.: Εκδοτικός Οίκος του Πανεπιστημίου της Μόσχας. Kostyuk P. G. et al.Βιοφυσική. Κίεβο: Σχολείο Vysha. Konev S. V., Volotovsky I. D.Φωτοβιολογία. Μν.: Εκδοτικός οίκος του Λευκορωσικού Πανεπιστημίου. | ||
| Επιπλέον (LD) | ||
| Remizov A.N.Ιατρική και βιολογική φυσική. Μ.: Ιατρική. Kantor C., Schimmel P.Βιοφυσική χημεία. Τ.1-3, Μ.: Μιρ Williams W. WilliamsΧ. Φυσική χημεία για βιολόγους. Μ.: Μιρ. Ploncy R., Barr R.Βιοηλεκτρισμός. Ποσοτική προσέγγιση. Μ.: Μιρ. Zenger V.Αρχές δομικής οργάνωσης νουκλεϊκών οξέων. Μ.: Μιρ. Tarusov B.N. και τα λοιπά.Βιοφυσική. Μ.: Ανώτατο σχολείο. Antonov V.F., Korzhuev A.V.Φυσική και βιοφυσική: Μάθημα διαλέξεων για φοιτητές Ιατρικών ΑΕΙ: Διδακτικό βιβλίο. Μ.: Ούλα. δημοσίευσε κέντρο «Βλάδος» Artyukhov V.G., Shmeleva T.A., Shmelev V.P.Βιοφυσική. - Εκδ. Πανεπιστήμιο Voronezh Zhuravlev A.N. και τα λοιπά.Βασικές αρχές φυσικής και βιοφυσικής. Σειρά: Εγχειρίδια και διδακτικά βοηθήματα για φοιτητές ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων. 2005. |
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ
1. Κινητική βιολογικών διεργασιών (4 ώρες). 2. Διαπερατότητα κυττάρων και ιστών (4 ώρες). 3. Επιφανειακή τάση βιολογικών υγρών (4 ώρες). 4. Ηλεκτροκινητικά φαινόμενα (4 ώρες). 5. Μέθοδοι ανάλυσης ιονισμού (4 ώρες). 6. Οσμωτική πίεση βιολογικών υγρών (4 ώρες).ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
1. Οι κύριοι τρόποι χρήσης της ενέργειας στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων. 2. Μονοπάτια παραγωγής ενέργειας στο κύτταρο.Η τελική βαθμολογία (τουλάχιστον 4, μέγιστο 10 βαθμοί) καθορίζεται από τον τύπο: τελικός βαθμός = ΕΝΑ x 0,4 + σι x 0,6, όπου ΕΝΑ– μέση βαθμολογία σε εργαστηριακές τάξεις και ΕΚΕ, σι– βαθμολογία εξετάσεων. Ο τελικός βαθμός δίνεται μόνο εάν περάσετε επιτυχώς την εξέταση (4 μονάδες και άνω).
ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΕΓΚΡΙΣΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ
ΜΕ ΑΛΛΟΥΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΕΣ
| Όνομα του κλάδου με την οποία απαιτείται έγκριση | Ονομα τμήματος | Προτάσεις για αλλαγές στο περιεχόμενο του αναλυτικού προγράμματος για το υπό μελέτη μάθημα | Η απόφαση που ελήφθη από το τμήμα που ανέπτυξε το πρόγραμμα σπουδών (αναφέροντας την ημερομηνία και τον αριθμό πρωτοκόλλου) |
ΠΡΟΣΘΗΚΕΣ ΚΑΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ
ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΗΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΗ ΠΕΙΘΑΡΧΙΑ ΣΠΟΥΔΕΣ
για ______/_______ ακαδημαϊκό έτος
| Προσθήκες και αλλαγές | Λόγοι |
|
| Νόμος |
Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα
Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.
Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru//
Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru//
Υπουργείο Επιστημών και Παιδείας της Ουκρανίας
Εθνικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Ουκρανίας
"Πολυτεχνικό Ινστιτούτο του Κιέβου που πήρε το όνομά του από τον Igor Sikorsky"
Σχολή Βιοϊατρικών Μηχανικών
μοριακή κυτταρική μεμβράνη
Κυτταρικές μεμβράνες. Τεχνητές και νανομεμβράνες
εκτελούνται
μαθητής της ομάδας ΒΜ-61
Παπακίνα Μαργαρίτα
τετραγωνισμένος:
Ο καθηγητής V.I. Corjoa
Συνάφεια του θέματος
Από την ανακάλυψη της δομής του κυττάρου και ειδικότερα της κυτταρικής μεμβράνης, η ιατρική και η βιολογική επιστήμη το έχουν μελετήσει αρκετά καλά ώστε κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου οι επιστήμονες έχουν κάνει έναν τεράστιο αριθμό μεταγενέστερων ανακαλύψεων στον τομέα της βιολογίας και της ιατρικής, οι οποίες στη συνέχεια βελτίωσαν την τις δυνατότητες της ιατρικής, την ποιότητα ζωής των ανθρώπων και έδωσε ώθηση στη μετέπειτα βιολογική, βιοχημική, βιοφυσική έρευνα στον τομέα αυτό.
Επί του παρόντος, οι επιστήμονες εξετάζουν τη δυνατότητα διεξαγωγής βιολογικής έρευνας όχι σε βιολογικό υλικό, αλλά σε μοντέλα του. Στον τομέα της βιοχημικής έρευνας, η χρήση τεχνητών μεμβρανών, καθώς και νανομεμβρανών, αναπτύσσεται ενεργά και εφαρμόζεται στην πράξη. Η ανάπτυξη σχετικών επιστημών και τεχνολογιών κατέστησε δυνατή τη δημιουργία τέτοιων μοντέλων και για την εφαρμογή τους σε άλλους τομείς της ζωής, και όχι μόνο στην επιστημονική έρευνα.
Δηλαδή, η διαδικασία της μελέτης των κυτταρικών μεμβρανών, καθώς και των μεθόδων παραγωγής τεχνητών μεμβρανών και νανομεμβρανών και η βελτίωσή τους, είναι ένας πολλά υποσχόμενος κλάδος της βιολογικής επιστήμης αυτή τη στιγμή.
Κυτταρικές μεμβράνες
Η κυτταρική μεμβράνη (επίσης κυτταρόλημμα, πλασμάλεμα ή πλασματική μεμβράνη) είναι μια ελαστική μοριακή δομή που αποτελείται από πρωτεΐνες και λιπίδια. Διαχωρίζει τα περιεχόμενα οποιουδήποτε κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον, διασφαλίζοντας την ακεραιότητά του. ρυθμίζει την ανταλλαγή μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος. οι ενδοκυτταρικές μεμβράνες χωρίζουν το κύτταρο σε εξειδικευμένα κλειστά διαμερίσματα - διαμερίσματα ή οργανίδια, στα οποία διατηρούνται ορισμένες περιβαλλοντικές συνθήκες. Το κυτταρικό τοίχωμα, εάν το κύτταρο έχει ένα (συνήθως τα φυτικά κύτταρα έχουν), καλύπτει την κυτταρική μεμβράνη.
Ρύζι. 1. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης.
Η κυτταρική μεμβράνη είναι μια διπλή στιβάδα (διστοιβάδα) μορίων της κατηγορίας των λιπιδίων, τα περισσότερα από τα οποία είναι τα λεγόμενα πολύπλοκα λιπίδια - φωσφολιπίδια. Τα μόρια λιπιδίων έχουν ένα υδρόφιλο ("κεφαλή") και ένα υδρόφοβο ("ουρά") μέρος. Όταν σχηματίζονται μεμβράνες, οι υδρόφοβες περιοχές των μορίων στρέφονται προς τα μέσα και οι υδρόφιλες περιοχές προς τα έξω.
Μια βιολογική μεμβράνη περιλαμβάνει επίσης διάφορες πρωτεΐνες: ενιαία (διεισδύει στη μεμβράνη μέσω), ημι-ολοκληρωμένη (βυθισμένη στο ένα άκρο στο εξωτερικό ή εσωτερικό λιπιδικό στρώμα), επιφάνεια (βρίσκεται στην εξωτερική ή δίπλα στις εσωτερικές πλευρές της μεμβράνης). Ορισμένες πρωτεΐνες είναι τα σημεία επαφής μεταξύ της κυτταρικής μεμβράνης και του κυτταροσκελετού μέσα στο κύτταρο και του κυτταρικού τοιχώματος (εάν υπάρχει) έξω. Μερικές από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες λειτουργούν ως δίαυλοι ιόντων, διάφοροι μεταφορείς και υποδοχείς.
Ιδιότητες μεμβράνης
Όλες οι κυτταρικές μεμβράνες είναι κινητές δομές υγρών, καθώς τα μόρια λιπιδίων και πρωτεϊνών δεν αλληλοσυνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς και είναι σε θέση να κινούνται αρκετά γρήγορα στο επίπεδο της μεμβράνης. Χάρη σε αυτό, οι μεμβράνες μπορούν να αλλάξουν τη διαμόρφωσή τους, δηλαδή έχουν ρευστότητα.
Οι μεμβράνες είναι πολύ δυναμικές δομές. Ανακάμπτουν γρήγορα από τη βλάβη και επίσης τεντώνονται και συστέλλονται με τις κυτταρικές κινήσεις.
Οι μεμβράνες διαφορετικών τύπων κυττάρων διαφέρουν σημαντικά τόσο στη χημική σύνθεση όσο και στη σχετική περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες, λιπίδια σε αυτές και, κατά συνέπεια, στη φύση των υποδοχέων που περιέχουν. Κάθε τύπος κυττάρου χαρακτηρίζεται επομένως από μια ατομικότητα που καθορίζεται κυρίως από τις γλυκοπρωτεΐνες. Διακλαδισμένες αλυσίδες γλυκοπρωτεϊνών που προεξέχουν από την κυτταρική μεμβράνη εμπλέκονται στην αναγνώριση περιβαλλοντικών παραγόντων, καθώς και στην αμοιβαία αναγνώριση σχετικών κυττάρων.
Παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται στη διαδικασία της διαφοροποίησης των ιστών. Σε αυτή την περίπτωση, κύτταρα παρόμοια στη δομή, με τη βοήθεια περιοχών αναγνώρισης του πλάσματος, προσανατολίζονται σωστά μεταξύ τους, διασφαλίζοντας έτσι την προσκόλλησή τους και το σχηματισμό ιστών. Η αναγνώριση συνδέεται επίσης με τη ρύθμιση της μεταφοράς μορίων και ιόντων μέσω της μεμβράνης, καθώς και με την ανοσολογική απόκριση, στην οποία οι γλυκοπρωτεΐνες παίζουν το ρόλο των αντιγόνων. Τα σάκχαρα μπορούν έτσι να λειτουργήσουν ως μόρια πληροφοριών (όπως πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα). Οι μεμβράνες περιέχουν επίσης ειδικούς υποδοχείς, φορείς ηλεκτρονίων, μετατροπείς ενέργειας και ενζυμικές πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στη διασφάλιση της μεταφοράς ορισμένων μορίων μέσα ή έξω από το κύτταρο, παρέχουν μια δομική σύνδεση μεταξύ του κυτταροσκελετού και των κυτταρικών μεμβρανών ή χρησιμεύουν ως υποδοχείς για τη λήψη και τη μετατροπή χημικών σημάτων από το περιβάλλον.
Η πιο σημαντική ιδιότητα της μεμβράνης είναι επίσης η επιλεκτική διαπερατότητα. Αυτό σημαίνει ότι μόρια και ιόντα διέρχονται από αυτό με διαφορετικές ταχύτητες και όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των μορίων, τόσο πιο αργή είναι η ταχύτητα με την οποία διέρχονται από τη μεμβράνη. Αυτή η ιδιότητα ορίζει την πλασματική μεμβράνη ως οσμωτικό φράγμα. Το νερό και τα αέρια που διαλύονται σε αυτό έχουν τη μέγιστη διεισδυτική ικανότητα. Τα ιόντα διέρχονται από τη μεμβράνη πολύ πιο αργά. Η διάχυση του νερού μέσω μιας μεμβράνης ονομάζεται όσμωση.
Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί για τη μεταφορά ουσιών κατά μήκος της μεμβράνης.
Διάχυση είναι η διείσδυση ουσιών μέσω μιας μεμβράνης κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης (από μια περιοχή όπου η συγκέντρωσή τους είναι μεγαλύτερη σε μια περιοχή όπου η συγκέντρωσή τους είναι χαμηλότερη). Η διάχυτη μεταφορά ουσιών (νερό, ιόντα) πραγματοποιείται με τη συμμετοχή μεμβρανικών πρωτεϊνών, που έχουν μοριακούς πόρους, ή με τη συμμετοχή της λιπιδικής φάσης (για λιποδιαλυτές ουσίες).
Με διευκολυνόμενη διάχυση, ειδικές πρωτεΐνες φορείς μεμβράνης συνδέονται επιλεκτικά σε ένα συγκεκριμένο ιόν ή μόριο και τα μεταφέρουν κατά μήκος της μεμβράνης κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης.
Η ενεργή μεταφορά συνεπάγεται ενεργειακή δαπάνη και χρησιμεύει στη μεταφορά ουσιών έναντι της κλίσης συγκέντρωσής τους. Διεξάγεται από ειδικές πρωτεΐνες-φορείς που σχηματίζουν τις λεγόμενες αντλίες ιόντων. Η πιο μελετημένη είναι η αντλία Na-/K- σε ζωικά κύτταρα, η οποία αντλεί ενεργά ιόντα Na+ ενώ απορροφά ιόντα K-. Εξαιτίας αυτού, διατηρείται υψηλότερη συγκέντρωση K- και χαμηλότερη συγκέντρωση Na+ στο κύτταρο σε σύγκριση με το περιβάλλον. Αυτή η διαδικασία απαιτεί ενέργεια ATP.
Ως αποτέλεσμα της ενεργού μεταφοράς με τη βοήθεια μεμβρανικής αντλίας στο κύτταρο, ρυθμίζεται επίσης η συγκέντρωση Mg2- και Ca2+.
Κατά τη διαδικασία της ενεργού μεταφοράς ιόντων στο κύτταρο, διάφορα σάκχαρα, νουκλεοτίδια και αμινοξέα διεισδύουν μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης.
Μακρομόρια πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, πολυσακχαριτών, συμπλεγμάτων λιποπρωτεϊνών κ.λπ. δεν περνούν από τις κυτταρικές μεμβράνες, σε αντίθεση με τα ιόντα και τα μονομερή. Η μεταφορά των μακρομορίων, των συμπλόκων και των σωματιδίων τους στο κύτταρο γίνεται με εντελώς διαφορετικό τρόπο - μέσω της ενδοκυττάρωσης. Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης (ενδο... - προς τα μέσα), ένα συγκεκριμένο τμήμα του πλάσματος συλλαμβάνει και, σαν να λέγαμε, περιβάλλει το εξωκυτταρικό υλικό, περικλείοντάς το σε ένα κενοτόπιο μεμβράνης που προκύπτει ως αποτέλεσμα της εισβολής της μεμβράνης. Στη συνέχεια, ένα τέτοιο κενοτόπιο συνδέεται με ένα λυσόσωμα, τα ένζυμα του οποίου διασπούν τα μακρομόρια σε μονομερή.
Η αντίστροφη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης είναι η εξωκυττάρωση (εξω... - έξω). Χάρη σε αυτό, το κύτταρο απομακρύνει τα ενδοκυτταρικά προϊόντα ή τα άπεπτα υπολείμματα που περικλείονται σε κενοτόπια ή κυστίδια. Το κυστίδιο πλησιάζει την κυτταροπλασματική μεμβράνη, συγχωνεύεται με αυτήν και το περιεχόμενό του απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Έτσι αφαιρούνται τα πεπτικά ένζυμα, οι ορμόνες, η ημικυτταρίνη κ.λπ.
Έτσι, οι βιολογικές μεμβράνες, ως τα κύρια δομικά στοιχεία ενός κυττάρου, δεν χρησιμεύουν απλώς ως φυσικά όρια, αλλά είναι δυναμικές λειτουργικές επιφάνειες. Στις μεμβράνες των οργανιδίων λαμβάνουν χώρα πολυάριθμες βιοχημικές διεργασίες, όπως ενεργή απορρόφηση ουσιών, μετατροπή ενέργειας, σύνθεση ATP κ.λπ.
Βιοχημικές λειτουργίες
Barrier - παρέχει ρυθμισμένο, επιλεκτικό, παθητικό και ενεργό μεταβολισμό με το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η μεμβράνη υπεροξισώματος προστατεύει το κυτταρόπλασμα από υπεροξείδια που είναι επικίνδυνα για το κύτταρο. Επιλεκτική διαπερατότητα σημαίνει ότι η διαπερατότητα μιας μεμβράνης σε διαφορετικά άτομα ή μόρια εξαρτάται από το μέγεθος, το ηλεκτρικό φορτίο και τις χημικές τους ιδιότητες. Η επιλεκτική διαπερατότητα διασφαλίζει ότι τα κυτταρικά και κυτταρικά διαμερίσματα είναι διαχωρισμένα από το περιβάλλον και εφοδιάζονται με τις απαραίτητες ουσίες.
Μεταφορά - μεταφορά ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο γίνεται μέσω της μεμβράνης. Η μεταφορά μέσω μεμβρανών εξασφαλίζει: παροχή θρεπτικών συστατικών, απομάκρυνση τελικών προϊόντων του μεταβολισμού, έκκριση διαφόρων ουσιών, δημιουργία βαθμίδων ιόντων, διατήρηση βέλτιστων συγκεντρώσεων pH και ιόντων στο κύτταρο, που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των κυτταρικών ενζύμων.
Σωματίδια που για οποιοδήποτε λόγο δεν μπορούν να διασχίσουν τη διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων (για παράδειγμα, λόγω υδρόφιλων ιδιοτήτων, αφού η μεμβράνη στο εσωτερικό είναι υδρόφοβη και δεν επιτρέπει τη διέλευση υδρόφιλων ουσιών ή λόγω του μεγάλου μεγέθους τους), αλλά απαραίτητα για το κύτταρο , μπορεί να διεισδύσει στη μεμβράνη μέσω ειδικών πρωτεϊνών-φορέων (μεταφορέων) και πρωτεϊνών καναλιού ή με ενδοκυττάρωση.
Στην παθητική μεταφορά, οι ουσίες διασχίζουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα χωρίς να καταναλώνουν ενέργεια κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης (η βαθμίδα συγκέντρωσης υποδεικνύει την κατεύθυνση της αύξησης της συγκέντρωσης) με διάχυση. Μια παραλλαγή αυτού του μηχανισμού είναι η διευκολυνόμενη διάχυση, στην οποία ένα συγκεκριμένο μόριο βοηθά μια ουσία να περάσει μέσα από τη μεμβράνη. Αυτό το μόριο μπορεί να έχει ένα κανάλι που επιτρέπει τη διέλευση μόνο ενός τύπου ουσίας.
Η ενεργή μεταφορά απαιτεί ενέργεια καθώς συμβαίνει σε μια κλίση συγκέντρωσης. Υπάρχουν ειδικές πρωτεΐνες αντλίας στη μεμβράνη, συμπεριλαμβανομένης της ATPase, η οποία αντλεί ενεργά ιόντα καλίου (K+) στο κύτταρο και αντλεί ιόντα νατρίου (Na+) έξω από αυτό.
Matrix - εξασφαλίζει μια ορισμένη σχετική θέση και προσανατολισμό των πρωτεϊνών της μεμβράνης, τη βέλτιστη αλληλεπίδρασή τους.
Μηχανική - εξασφαλίζει την αυτονομία του κυττάρου, τις ενδοκυτταρικές δομές του, καθώς και τη σύνδεση με άλλα κύτταρα (σε ιστούς). Τα κυτταρικά τοιχώματα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της μηχανικής λειτουργίας, και στα ζώα, η μεσοκυτταρική ουσία.
Ενέργεια - κατά τη φωτοσύνθεση στους χλωροπλάστες και την κυτταρική αναπνοή στα μιτοχόνδρια, λειτουργούν στις μεμβράνες τους συστήματα μεταφοράς ενέργειας, στα οποία συμμετέχουν και οι πρωτεΐνες.
Υποδοχέας - ορισμένες πρωτεΐνες που βρίσκονται στη μεμβράνη είναι υποδοχείς (μόρια με τη βοήθεια των οποίων το κύτταρο αντιλαμβάνεται ορισμένα σήματα).
Για παράδειγμα, οι ορμόνες που κυκλοφορούν στο αίμα δρουν μόνο σε κύτταρα στόχους που έχουν υποδοχείς που αντιστοιχούν σε αυτές τις ορμόνες. Οι νευροδιαβιβαστές (χημικές ουσίες που εξασφαλίζουν την αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων) συνδέονται επίσης με ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα στα κύτταρα-στόχους.
Οι ενζυματικές - μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι συχνά ένζυμα. Για παράδειγμα, οι πλασματικές μεμβράνες των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων περιέχουν πεπτικά ένζυμα.
Υλοποίηση παραγωγής και διεξαγωγής βιοδυναμικών.
Με τη βοήθεια της μεμβράνης, διατηρείται μια σταθερή συγκέντρωση ιόντων στο κύτταρο: η συγκέντρωση του ιόντος K+ μέσα στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι έξω και η συγκέντρωση του Na+ είναι πολύ χαμηλότερη, κάτι που είναι πολύ σημαντικό, καθώς αυτό εξασφαλίζει τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού στη μεμβράνη και τη δημιουργία νευρικής ώθησης.
Σήμανση του κυττάρου - υπάρχουν αντιγόνα στη μεμβράνη που λειτουργούν ως δείκτες - «ετικέτες» που επιτρέπουν την αναγνώριση του κυττάρου. Πρόκειται για γλυκοπρωτεΐνες (δηλαδή πρωτεΐνες με διακλαδισμένες πλευρικές αλυσίδες ολιγοσακχαριτών συνδεδεμένες σε αυτές) που παίζουν το ρόλο των «κεριών». Λόγω των μυριάδων διαμορφώσεων των πλευρικών αλυσίδων, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας συγκεκριμένος δείκτης για κάθε τύπο κυττάρου. Με τη βοήθεια δεικτών, τα κύτταρα μπορούν να αναγνωρίσουν άλλα κύτταρα και να ενεργήσουν σε συνεννόηση με αυτά, για παράδειγμα, στο σχηματισμό οργάνων και ιστών. Αυτό επιτρέπει επίσης στο ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει ξένα αντιγόνα.
Τεχνητές μεμβράνες
Οι τεχνητές μεμβράνες λαμβάνονται με την επαφή ενός μίγματος φωσφολιπιδίων και ουδέτερων λιπιδίων, διαλυμένων σε οργανικές ενώσεις, με νερό. Το πάχος τέτοιων μεμβρανών είναι μικρότερο από 100 Α.
Αυτές οι τεχνητές μεμβράνες, όπως οι πραγματικές κυτταρικές μεμβράνες, είναι υδρόφοβες. Επομένως, φορτισμένα σωματίδια όπως το HCO3 δεν μπορούν να διαχυθούν μέσα από αυτά, ενώ τα αφόρτιστα μόρια περνούν ελεύθερα μέσα από το υδρόφοβο στρώμα. ?
Επί του παρόντος, στην εργαστηριακή πρακτική χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά τεχνητές μεμβράνες κατασκευασμένες από φυσικά ή συνθετικά οργανικά πολυμερή (κυτταρίνη και αιθέρας της, πρωτεΐνες, πολυστυρόλιο) και άλλα υλικά. Έχουν το τεράστιο πλεονέκτημα σε σχέση με τις μεμβράνες φυτών και ζώων που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως ότι μπορούν να παρασκευαστούν με μια εξαιρετικά αναπαραγώγιμη διαβάθμιση διαπερατότητας. Για εργασία με μη υδατικά διαλύματα, χρησιμοποιούνται συχνά μεμβράνες κυτταρίνης.
Οι οδοί για τη σύνθεση των σύγχρονων μεμβρανών συχνά ακολουθούν μάλλον πολύπλοκα σχήματα, επειδή η μακρομοριακή αρχιτεκτονική αυτών των ενώσεων πρέπει να αντιπροσωπεύει ένα ισχυρό πλαίσιο πολυμερούς που φέρει σφιχτά συνδεδεμένες, φορτισμένες ομάδες. Δεν είναι εύκολο να παραχθεί ένα τέτοιο υλικό που θα ανταποκρίνεται σε όλες τις απαιτήσεις των τεχνολογικών εφαρμογών και μπορεί κανείς να πει ότι αυτό δεν είναι μόνο ένα επιστημονικό έργο, αλλά μια μεγάλη τέχνη. Ο μοριακός σχεδιασμός των σύγχρονων μεμβρανών χαρακτηρίζεται από μεγάλη ποικιλομορφία, η οποία εξαρτάται όχι μόνο από τον τύπο και τη φύση των φορτισμένων θραυσμάτων, αλλά και από τη χημική δομή της μήτρας στήριξης. Οι πρώτες μεμβράνες κατασκευάστηκαν από κοκκώδεις εναλλάκτες ιόντων, τις λεγόμενες ρητίνες ανταλλαγής ιόντων.
Εκτός από τις πορώδεις μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων, υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι τεχνητών μεμβρανών, συμπεριλαμβανομένων παχιών συνεχών μεμβρανών και πολύ λεπτών λιπιδικών μεμβρανών διπλής στοιβάδας που αποτελούνται από δύο μονομοριακά στρώματα. ?
Οι δυσκολίες που σχετίζονται με την απόκτηση βιολογικών μεμβρανών ικανοποιητικού μεγέθους και αναπαραγωγιμότητας έχουν οδηγήσει τους βιολόγους να διερευνήσουν τη δυνατότητα χρήσης τεχνητά παρασκευασμένων μεμβρανών ως μοντέλων. Είναι σχετικά εύκολο να μετρήσετε την ηλεκτροκινητική δύναμη, τους αριθμούς μεταφοράς, την ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ. σε τεχνητές μεμβράνες.
Νανομεμβράνες
Οι νανομεμβράνες είναι μεμβράνες που περιέχουν πόρους με διάμετρο κλάσματος μικρού ή μικρότερη. Συγκεκριμένα, τα υλικά στα οποία το μέγεθος των πόρων ελέγχεται αυστηρά και κυμαίνεται από 2 έως 50 nm ονομάζονται μεσοπορώδη μοριακά κόσκινα. Οι λεπτοί πόροι είναι ικανοί να παγιδεύουν πολύ μικρά στερεά σωματίδια, καθώς και μικρόβια, ιούς, μεμονωμένα κύτταρα, ακόμη και μόρια. Οι νανομεμβράνες χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα στην ιατρική. Χρησιμοποιώντας τα, μπορείτε να απομονώσετε ιούς και πρωτεΐνες, να κάνετε αιμοκάθαρση - να διαχωρίσετε συστατικά του αίματος, να αποστειρώσετε διαλύματα (φιλτράροντας τους μικροοργανισμούς) και να πραγματοποιήσετε μικροβιολογική ανάλυση του νερού. Μια ενδιαφέρουσα πιθανή εφαρμογή περιλαμβάνει τα βιοεμφυτεύματα. Η κυτταρική δομή του εμφυτεύματος μπορεί να απομονωθεί από το υπόλοιπο σώμα με μια κλειστή νανομεμβράνη. Στη συνέχεια, η ανταλλαγή των απαραίτητων ουσιών μεταξύ του εμφυτεύματος και του σώματος θα πραγματοποιηθεί μέσω νανοπόρων και τα αντισώματα που καταστρέφουν ξένα κύτταρα δεν θα μπορούν να διαπεράσουν το φράγμα της μεμβράνης.
Μια σύγχρονη μέθοδος για την παραγωγή νανομεμβρανών υψηλής απόδοσης είναι η ακτινοβόληση συνεχών πολυμερών μεμβρανών με επιταχυνόμενα βαρέα ιόντα ή προϊόντα αποσύνθεσης ραδιενεργών στοιχείων. Τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που πετούν μέσα από το στρώμα πολυμερούς αφήνουν ίχνη - μέσω καναλιών με διάμετρο περίπου 10 nm, γεμάτα με προϊόντα καταστροφής (αποπολυμερισμού) του υλικού. Ως αποτέλεσμα της επακόλουθης επεξεργασίας με διαλύτη, σχηματίζονται πόροι στη θέση των καναλιών, η διάμετρος των οποίων μπορεί να ρυθμιστεί σε ένα ευρύ φάσμα από 30 έως 1000 nm.
Υπάρχουν πολλές άλλες μέθοδοι για την παραγωγή νανομεμβρανών. Οι μεμβράνες με βάση το οξείδιο του αλουμινίου με διατεταγμένους νανοπόρους δημιουργούνται με ανοδική οξείδωση της επιφάνειας μιας πλάκας αλουμινίου. Οι νανοπόροι σε ένα φιλμ πυριτίου σχηματίζονται ως αποτέλεσμα βραχυπρόθεσμης θερμικής επεξεργασίας ενός συνεχούς στρώματος άμορφου πυριτίου. Οι νανομεμβράνες σχηματίζονται επίσης με πολυμερισμό μιας οργανικής ένωσης από διάλυμα ή παρουσία επιφανειοδραστικού. Ως αποτέλεσμα της σύνδεσης των μορίων του τελευταίου, σχηματίζονται κυλινδρικά κανάλια με διάμετρο αρκετών νανομέτρων, που διεισδύουν μέσα από το φιλμ που προκύπτει. Οι μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων λαμβάνονται από πολυμερή ανταλλαγής ιόντων (ρητίνες), καθώς και από ορισμένες ανόργανες ενώσεις με ιοντική αγωγιμότητα (διοξείδιο του ζιρκονίου σταθεροποιημένο με ύττρια, οξείδιο του βισμούθιου κ.λπ.).
Ολοκληρώνοντας αυτή την εργασία, μπορεί να σημειωθεί ότι η παραγωγή τεχνητών μεμβρανών και νανομεμβρανών είναι ένας κλάδος της βιοτεχνολογίας που θα αναπτυχθεί με σιγουριά στο εγγύς μέλλον και θα εισαχθεί ενεργά σε πολλούς τομείς παραγωγής, αλλά οι τεχνητές μεμβράνες θα χρησιμοποιηθούν ιδιαίτερα στην ιατρική, που θα βελτιώσει τις υπάρχουσες εξελίξεις και θα κάνει πολλές νέες ανακαλύψεις.
Βιβλιογραφία
Μεμβράνες τροχιάς νέας γενιάς. Στον κόσμο της επιστήμης. 2005. Αρ. 12. Σ. 35.
Mulder M. Εισαγωγή στην τεχνολογία των μεμβρανών. Μ.: Mir, 1999. 514 σελ.
N.P. Berezina. Συνθετικές μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων. Εκπαιδευτική Εφημερίδα Soros, Τόμος 6, Αρ. 9, 2000
Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru
Παρόμοια έγγραφα
Η έννοια και ο λειτουργικός σκοπός της κυτταροπλασματικής μεμβράνης ως ελαστικής μοριακής δομής που αποτελείται από πρωτεΐνες και λιπίδια. Ο βιολογικός του ρόλος, ουσιαστικά συστατικά. Τύποι και κύριες λειτουργίες πρωτεϊνών: ολοκληρωμένες και περιφερειακές.
παρουσίαση, προστέθηκε 26/10/2015
Η δομή των διαύλων ιόντων είναι εξειδικευμένες πρωτεΐνες κυτταρικής μεμβράνης που σχηματίζουν μια υδρόφιλη δίοδο μέσω της οποίας φορτισμένα ιόντα μπορούν να διασχίσουν την κυτταρική μεμβράνη κατά μήκος μιας ηλεκτροχημικής βαθμίδας. Ιδιότητες της ενεργού μεταφοράς, οι δυνατότητές της.
παρουσίαση, προστέθηκε 30/10/2016
Βασικά στοιχεία για τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης. Γενικές ιδέες για τη διαπερατότητα. Μεταφορά μορίων σε μια μεμβράνη. Διευκολυνόμενη διάχυση, παθητική και ενεργητική μεταφορά. Η εξίσωση του Φικ. Η ουσία της έννοιας της «επιλεκτικότητας». Δομή και λειτουργίες διαύλων ιόντων.
παρουσίαση, προστέθηκε 19/10/2014
Η δομή των μεμβρανών. Μεμβράνες ερυθρών αιμοσφαιρίων. Μεμβράνες μυελίνης. Μεμβράνες χλωροπλαστών. Εσωτερική (κυτταροπλασματική) μεμβράνη βακτηρίων. Μεμβράνη ιού. Λειτουργίες των μεμβρανών. Μεταφορά μέσω μεμβρανών. Παθητική μεταφορά. Ενεργή μεταφορά. Αντλία Ca2+.
περίληψη, προστέθηκε 22/03/2002
Μεταφορά με μεμβράνες: μετατόπιση ουσιών σε βιολογικές μεμβράνες με τη συμμετοχή ενδιάμεσων μορίων. Μηχανισμοί κυτταρικής διαπερατότητας. Μέθοδοι σύζευξης μεταφοράς με μεταβολική ενέργεια. Μεταφορά ουσιών από το κύτταρο στο περιβάλλον: έκκριση και απέκκριση.
περίληψη, προστέθηκε 26/07/2009
Χαρακτηριστικά της δομής των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων. Δομή της διπλοστιβάδας φωσφολιπιδίων. Δεσμοί σε ένα μόριο φωσφολιπιδίου που διασπώνται από διαφορετικές κατηγορίες φωσφολιπασών. Λιπιδική σύνθεση της πλασματικής μεμβράνης. Ανασκόπηση των κύριων μεθόδων μεταφοράς ουσιών μέσω μεμβρανών.
παρουσίαση, προστέθηκε 26/03/2015
Δομή της βακτηριακής κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Ανάλυση κυτταρικών λειτουργιών: διαίρεση, βιοσύνθεση ενός αριθμού συστατικών, χημειοθεραπεία και φωτοσύνθεση. Θραύσμα διαμεμβρανικής πρωτεΐνης ως άλφα έλικα. Μεταφορά ουσιών σε βακτήρια: παθητική, ενεργητική μετατόπιση ομάδων.
παρουσίαση, προστέθηκε 17/11/2013
Τύποι βιολογικών μεμβρανών και οι λειτουργίες τους. Πρωτεΐνες μεμβρανών. Τύποι και λειτουργίες μεμβρανικών πρωτεϊνών. Δομή βιολογικών μεμβρανών. Τεχνητές μεμβράνες. Λιποσώματα. Μέθοδοι για τη μελέτη της δομής των μεμβρανών. Φυσική κατάσταση και μεταβάσεις φάσης σε μεμβράνες.
παρουσίαση, προστέθηκε 21/05/2012
Προβλήματα συναρμολόγησης μεμβρανικών πρωτεϊνών, μέθοδοι έρευνας και συνθήκες μεταφοράς πρωτεϊνών μέσω μεμβρανών. Υπόθεση σήματος και μεμβράνης (σκανδάλης) για την ενσωμάτωση πρωτεϊνών στη μεμβράνη. Η διαδικασία συναρμολόγησης συμπλεγμάτων πολλαπλών υπομονάδων και ανανέωσης μεμβρανικών πρωτεϊνών.
εργασία μαθήματος, προστέθηκε 13/04/2009
Η πορεία των βιοχημικών διεργασιών, ο μηχανισμός αιτίου-αποτελέσματός τους. Αντλία νατρίου-καλίου, ενέργεια υδρόλυσης ATP, αντλίες ασβεστίου, εναλλάκτης νατρίου-ασβεστίου. Λειτουργίες της μεμβράνης, ηλεκτρικό δυναμικό του κυττάρου και μορίων, ο ρόλος τους στις μεταβολικές διεργασίες.
Τεχνητές λιπιδικές μεμβράνες, έχοντας δομή δύο στρωμάτων, αποδείχθηκε ότι είναι παρόμοια από πολλές απόψεις με τις βιολογικές μεμβράνες. Οι τεχνητές μεμβράνες παράγονται με επαφή μείγματα φωσφολιπιδίων και ουδέτερων λιπιδίων, διαλυμένο σε οργανικούς διαλύτες, με νερό. Διμοριακές μεμβράνες λιπιδίων (BLMs), που ονομάζονται επίσης διπλό στρώμα ή μαύροΟι λιπιδικές μεμβράνες χρησιμοποιούνται ευρέως πειραματικό μοντέλο, που καθιστά δυνατή την αναπαραγωγή πολλών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών βιολογικών μεμβρανών υπό τεχνητές συνθήκες. Όπως οι βιολογικές μεμβράνες, είναι κλειστά συστήματα, γεγονός που τις καθιστά κατάλληλες για τη μελέτη της παθητικής μεταφοράς ιόντων και μικρών μορίων κατά μήκος της λιπιδικής διπλοστιβάδας.
Λιποσώματα- σφαιρικά κυστίδια που έχουν μία ή περισσότερες διπλές στοιβάδες λιπιδίων. Σχηματίστηκε σε μείγματα φωσφολιπιδίων με νερό. Τα λιποσώματα περιέχουν νερό ή ένα διάλυμα στο οποίο πραγματοποιήθηκε επεξεργασία με υπερήχους. Σε αντίθεση με το BLM, λιποσώματαείναι αρκετά σταθερά και δεν περιέχουν οργανικούς διαλύτες. Η σύνθεση των λιπιδίων στα λιποσώματα μπορεί να ποικίλλει αυθαίρετα και έτσι να αλλάξει ειδικά τις ιδιότητες της μεμβράνης. Χάρη στη δυνατότητα ανακατασκευής μιας μεμβράνης από τα κύρια συστατικά της, είναι δυνατή η μοντελοποίηση της ενζυματικής μεταφοράς και των λειτουργιών υποδοχέα των κυτταρικών μεμβρανών. Τα αντιγόνα μπορούν να εισαχθούν στα λιποσώματα, καθώς και τα αντισώματα μπορούν να συνδεθούν ομοιοπολικά και να χρησιμοποιηθούν σε ανοσολογική έρευνα. Αντιπροσωπεύουν ένα βολικό μοντέλο για τη μελέτη της δράσης πολλών φαρμάκων, βιταμινών, ορμονών, αντιβιοτικών κ.λπ.
Επί του παρόντος, μέθοδοι για την ενσωμάτωση λειτουργικά ενεργών μεμβρανικών πρωτεϊνών σε λιποσώματα έχουν αναπτυχθεί καλά. Τέτοιες τεχνητές πρωτεϊνικές-λιπιδικές δομές συνήθως ονομάζονται πρωτεολιποσώματα.
Η αποτελεσματικότητα της ενσωμάτωσης των περισσότερων πρωτεϊνικών συστατικών σε συστήματα τεχνητών μεμβρανών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη λιπιδική σύνθεση των μεμβρανών, το pH, τη σύνθεση άλατος, τη θερμοκρασία κ.λπ. Το σύστημα πρωτεολιποσωμάτων - ταινία κολλοδίου, που αρχικά αναπτύχθηκε για τη μελέτη της βακτηριοροδοψίνης, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη ορισμένων άλλων μετατροπέων ενέργειας μεμβράνης.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τεχνητών μεμβρανών:
- κλασικό επίπεδο,
- σφαιρικές μεμβράνες διαφόρων μεγεθών.
Για λήψη τεχνητών μεμβρανώνχρήση:
- διάφορα φωσφατίδια,
- ουδέτερα γλυκερίδια,
- μείγματα λιπιδίων βιολογικής προέλευσης, με προσθήκη χοληστερόλης, α-τοκοφερόλης και άλλων δευτερευόντων πρόσθετων.
Η πιθανή αξία των τεχνητών μεμβρανών για έρευνα εξαρτάται από τη δυνατότητα ενσωμάτωσης φυσικών πρωτεϊνών σε αυτές, ειδικά εκείνων με ιδιότητες μεταφοράς. Λιποσώματα αποτελούμενα από πρωτεΐνες και λιπίδια άρχισαν να παράγονται στη δεκαετία του '60. Ο όρος πρωτεολιποσώματα εισήχθη από τον V. P. Skulachev. Επί του παρόντος, έχει αναπτυχθεί ένας αριθμός μεθόδων για την παρασκευή διαφόρων τύπων λιποσωμάτων και πρωτεολιποσωμάτων, καθώς και για την τυποποίησή τους σε μέγεθος, δομή, ομοιογένεια, σταθερότητα και άλλα χαρακτηριστικά. Τα λιποσώματα χρησιμοποιούνται για την παροχή φαρμακευτικών και χημικών ενώσεων στα κύτταρα, τη σταθεροποίηση των ενζύμων στη μηχανική ενζυμολογία και την εισαγωγή μορίων ανιχνευτών στις κυτταρικές μεμβράνες που τροποποιούν και μοντελοποιούν την επιφάνειά τους. Μεγάλο ενδιαφέρον για τη γενετική μηχανική και την ιατρική παρουσιάζουν μελέτες σχετικά με την εισαγωγή νουκλεϊκών οξέων και ιών σε κύτταρα χρησιμοποιώντας λιποσώματα.
ΜΕ νερόσυνδέονται πολλές δομικές και λειτουργικές ιδιότητες των μεμβρανών, καθώς και οι διαδικασίες σταθεροποίησης και σχηματισμού μεμβρανών. Το νερό είναι μέρος των μεμβρανών και χωρίζεται σε:
- Ελεύθερος,
- σχετίζεται με,
- συλληφθεί.
Δεμένο και ελεύθερο νερόδιαφέρει ως προς την κινητικότητα των μορίων του νερού και την ικανότητα διάλυσης. Έχει τη χαμηλότερη κινητικότητα και ικανότητα διάλυσης εσωτερικό δεσμευμένο νερό. Υπάρχει στη λιπιδική ζώνη των μεμβρανών με τη μορφή μεμονωμένων μορίων. Το κύριο μέρος του δεσμευμένου νερού είναι το νερό κοχύλια ενυδάτωσης. Αυτό το νερό περιβάλλει τις πολικές ομάδες πρωτεϊνών και λιπιδίων, έχει ελάχιστη κινητικότητα και πρακτικά δεν έχει ιδιότητες διαλύτη. Ελεύθερο νερό σε πόρους και κανάλια. Τα ελεύθερα ιόντα μπορούν να κινηθούν κατά μήκος του. Είναι καλός διαλύτης, κινητός και έχει όλες τις ιδιότητες του υγρού νερού.
Παγιδευμένο νερόΈχει κίνηση ισοτόπων χαρακτηριστική του υγρού νερού και είναι καλός διαλύτης. Εμφανίζεται στην κεντρική ζώνη των μεμβρανών, ανάμεσα στα λιπιδικά του στρώματα, αλλά αυτό το νερό χωρίζεται χωρικά τόσο με το εξωκυτταρικό υγρό όσο και με το κυτταρόπλασμα. Δεν έχει την ευκαιρία να ανταλλάξει ελεύθερα μαζί τους.
