인공막과 천연막의 유사점과 차이점. 인공막: 생명으로의 한 걸음
인공 막은 특별히 개발된 기술을 사용하여 얻습니다. 이러한 막 시스템은 일반적으로 단일 인지질(천연 또는 합성) 또는 이들의 혼합물로 구성됩니다. 적절한 조건(예: 약한 초음파 처리)에서 이러한 인지질은 구형 이중층 소포를 형성합니다. 지질 이중층으로 둘러싸인 소포를 리포솜이라고 합니다.
몇 가지 사용 예를 살펴보겠습니다.
쌀. 42.8. 멤브레인의 자체 조립 중에 기본 구조는 유지되지만 비대칭은 아닙니다. 멤브레인은 고농도의 세제로 처리될 때 파괴됩니다. 양친매성 세제 분자는 미셀이라고 하는 작은 방울을 형성합니다. 세제는 지질과 단백질의 소수성 영역을 코팅하고 물로부터 보호되는 미셀로 둘러싸서 막 구성 요소를 용해시킵니다. 세제를 제거한 후 지질은 단백질이 통합된 새로운 이중층을 자발적으로 형성합니다. 그러나 후자는 주로 무작위 방향으로 포함됩니다. 여기에 설명된 것과 같은 실험은 모든 세포막이 적절한 자가 조립이 불가능하다는 것을 보여주었습니다. 적어도 일부 통합 단백질은 특정 방향으로 미리 만들어진 막에 통합되어야 합니다. (Lodish H. F., Rothman J. E.: The assembly of cell membranes. Sci. Am. 1979,240, 43, 동의하에.)
인공 막 시스템과 자연 막에 비해 장점을 나타냅니다.
1. 인공막의 다양한 지질 함량은 다양할 수 있습니다. 이것은 특정 기능에 대한 막의 지질 구성의 영향에 대한 체계적인 연구를 허용합니다. 예를 들어, 포스파티딜콜린에서만 또는 반대로 당지질과 콜레스테롤을 포함하는 공지된 조성의 인지질 혼합물로부터 소포를 얻는 것이 가능합니다. 상이한 지방산 잔기를 갖는 지질로부터 막을 구축하는 것이 가능하다. 이것은 특정 막 기능(예: 수송)에 대한 지방산 조성의 효과에 대한 체계적인 연구를 가능하게 합니다.
2. 정제된 막 단백질 또는 효소는 소포에 통합될 수 있습니다. 이를 통해 정제된 단백질의 기능을 재구성하는 데 필요한 분자(예: 특정 지질 또는 보조 단백질)를 식별할 수 있습니다. 근형질 세망의 Ca2+-ATPase와 같은 정제된 단백질에 대한 연구는 어떤 경우에는 하나의 단백질과 하나의 지질이 이온 펌프의 재건에 충분함을 보여줍니다.
3. 인공 시스템의 미세 환경은 엄격하게 제어되고 의도적으로 변경될 수 있습니다(예: 이온 농도 변경). 그들은 리포솜에 포함된 특정 단백질 수용체에 특이적인 리간드에 노출될 수 있습니다.
4. 리포솜이 형성되는 동안 의약 물질이나 분리된 유전자와 같은 특정 성분이 리포솜에 의해 포획될 수 있습니다. 특정 조직으로의 약물 전달을 위한 리포솜의 사용은 매우 유망한 것으로 보입니다. 이를 위해서는 리포솜 막에 특정 조직이나 종양에 접근할 수 있는 구성 요소(예: 특정 세포 표면 분자에 대한 항체)를 포함해야 합니다. 이 약물 전달 방법의 치료 효과는 매우 중요합니다. 리포솜 내에 포함된 DNA는 뉴클레아제에 덜 민감한 것으로 보입니다. 이것은 유전자 치료에서 고려되어야 합니다.
분리할 혼합물의 다른 압력과 조성이 유지되는 두 개의 작업 영역용 장치.
멤브레인은 평평한 시트, 튜브, 모세관 및 중공사의 형태로 만들 수 있습니다. 멤브레인은 멤브레인 시스템에 정렬됩니다. 가장 일반적인 인공 멤브레인은 고분자 전해질 멤브레인입니다. 특정 조건에서 세라믹 멤브레인이 유리하게 사용될 수 있습니다.
일부 멤브레인은 정밀여과, 한외여과, 역삼투, 투과증발, 가스 분리, 투석 또는 크로마토그래피와 같은 광범위한 멤브레인 작업에서 작동합니다. 적용 방법은 멤브레인에 통합된 기능의 유형에 따라 달라지며, 이는 차원 분리, 화학적 친화성 또는 정전기에 기반할 수 있습니다.
용법
멤브레인은 수질 정화, 유제품의 미생물 제거, 담수화, 천연 가스 탈수, 혈액 투석 또는 연료 전지 구성 요소로 가장 일반적으로 사용됩니다.
또한보십시오
"인공막"기사에 대한 리뷰 쓰기
문학
- Yu. I. Dytnersky, V. P. Brykov, G. G. Kagramanov. 가스의 막 분리. - M.: 화학, 1991.
인공막을 특징짓는 발췌문
그래서 가장 거룩한 교황의 집 주변을 자유롭게 거닐면서 나는 이 설명할 수 없는 긴 "휴식"이 무엇을 의미하는지 상상도 하지 못한 채 머리를 긁적였습니다. 나는 Caraffa가 그의 방에 매우 자주 있다는 것을 확실히 알고 있었습니다. 그것은 단 한 가지를 의미했습니다. 그는 아직 긴 여행을 떠나지 않았습니다. 그러나 그는 마치 내가 그의 포로 상태이고 내가 아직 살아 있다는 것을 진심으로 잊어 버린 것처럼 웬일인지 그는 나를 귀찮게하지 않았습니다 ...나의 "산책" 동안 나는 교황을 방문하기 위해 온 다양하고 아름다운 방문객들을 많이 만났습니다. 이들은 모두 추기경이자 나에게 알려지지 않은 일부 매우 고위급 인물이었습니다. 그러나 그들이 교황의 방을 떠난 후, 이 모든 사람들은 더 이상 대기실을 방문하기 전과 같이 자신감 있고 독립적인 것처럼 보이지 않았습니다. 그의 앞에는 교황에게 중요한 것은 그의 의지뿐이었다. 그리고 다른 모든 것은 중요하지 않았습니다. 따라서 나는 가능한 한 빨리 "무는"교황실을 떠나려고 열심히 노력하면서 매우 "초라한"방문자를보아야했습니다 ...
똑같은 "우울한" 날에 나는 갑자기 오랫동안 나를 괴롭히던 일을 하기로 결정했습니다. 마침내 불길한 교황의 지하실을 방문하기 위해... "하지만 위험에 대한 기대는 위험 그 자체보다 백 배나 더 나빴다.
그리고 나는 결정했다...
좁은 돌계단을 내려가서 슬프게도 낯익은 무거운 문을 열자 곰팡이와 죽음의 냄새가 나는 길고 습한 복도가 나타났습니다... 조명도 없었지만 더 이상 이동하는 데 어려움이 없었습니다. 항상 어둠 속에서 좋은 방향을 가지고 있었다. 많은 작고 무거운 문이 슬프게 차례로 번갈아 가며 우울한 복도의 깊숙한 곳에서 완전히 길을 잃었습니다 ...이 회색 벽을 기억하고 거기에서 돌아와야 할 때마다 나를 동반 한 공포와 고통을 기억했습니다 ... 하지만 과거는 생각하지 말고 강해지라고 스스로에게 명령했다. 그녀는 나에게 그냥 가라고 말했다. 홈 > 프로그램
인공 막. 위상 경계의 단층. 이중층 지질막. 리포솜 및 단백질 리포솜. 리포솜과 생체막의 상호작용 메커니즘. 인공 막의 특성, 천연 막과의 유사점 및 차이점, 생물학 및 의학에서의 실제 사용.
생체막을 통한 물질 수송 과정의 생물 물리학
생체막을 통한 물질의 투과성 문제. 투과성을 연구하는 방법. 생체막을 통한 물질 수송의 유형. 수동 수송(확산). 확산의 원동력. Fick의 확산 방정식. 물과 지질에 대한 용해도에 대한 막 투과성의 의존성. 아쿠아포린. 물과 중성 분자에 대한 막의 투과성. 이온에 대한 막 투과성. 수동 이온 수송 속도에 영향을 미치는 요인. 전기화학적 잠재력. 멤브레인을 통한 이온 통과 메커니즘. 채널의 이온 수송. 채널의 구조와 기능에 대한 현대적 이해. 채널 선택성. 유도 이온 수송, 리포솜 및 편평한 이중층 지질막에 대한 모델링. Ionophores: 이동통신사 및 채널링 에이전트. 촉진 확산, 주요 특성 및 단순 확산과의 차이점. 물질 수송의 한 유형으로서의 라디칼의 전위, 당, 아미노산 및 기타 대사 산물을 세포로 전달하는 메커니즘 및 역할. 분자와 이온의 능동 수송, 촉진 확산과의 차이점. 능동수송의 성질과 기능. 분자와 이온의 능동 수송의 열역학. 능동 수송 메커니즘. 전기 및 중성 수송. 1차 및 2차 능동 전송. 수송 ATPase, 간단한 설명 및 분류. Na-K 펌프의 구조와 작용 메커니즘. Ca 2+ 및 양성자의 능동 수송. 병렬 기능 수동 및 능동 채널 모델. 생체막을 통한 물질 수송의 특수 메커니즘(내 및 세포외 배출, DNA 전달 등).
생체전기 현상.
생체 전기 현상의 발견 및 연구에 대한 간략한 역사. 생체 잠재력의 분류. 이온 및 전극 생체 전위의 특성화. 휴식의 가능성, 그 기원. 활동 잠재력. 신경 충동 생성에 대한 현대적인 아이디어. 호지킨-헉슬리 모델. 신경의 활동전위를 측정합니다. 생체 전위의 출현을 위한 기초로서 막의 양쪽에 이온의 비대칭 분포. 막 전위의 크기를 결정하는 요소. 도난 밸런스. 흥분성 막에서 이온의 수송. myelin 및 non-myelin 신경 섬유를 따라 신경 자극의 전파. 여기 전파 과정의 에너지 공급. 전기 신호 전송의 벡터 특성, 그 메커니즘. 생물학 및 의학에 대한 생체 잠재력 등록의 의의. 동전기 현상. 전기 이중층의 형성. 동전기 전위의 크기를 결정하는 요소. 정상 및 병리학적 조건에서 세포막의 전위를 평가하기 위한 미세전기영동의 사용. 다른 동전기 현상의 예.
에너지 활용 과정의 분자 메커니즘.
생체막에서 에너지 전환의 일반적인 특성. 커플링 복합체, 엽록체의 미토콘드리아 및 광합성 막에서의 국소화. 생체막에서 다양한 전자 수송 사슬(ETC)의 구조 및 기능 조건. 전자 캐리어의 산화환원 전위, 측정(Nernst 방정식). 전자 수송의 특징과 생물학적 중요성. 미토콘드리아와 엽록체에서 CPE의 유사점과 차이점. 산화적 인산화의 Exergonic 및 endergonic 단계, 이 과정의 효율성. 막 인산화의 메커니즘을 설명하는 이론. P. Mitchell의 이론의 주요 조항. 수소 이온의 전기화학적 잠재력. 양성자 ATP 분해효소의 구성 에너지 활용 메커니즘(ATP의 형성 및 가수분해). 화학 삼투 이론의 결과. ATP를 생성하는 분자 에너지 변환기로서의 기타 이온 운반체. 세포에서 에너지 변환의 일반화 된 계획.
수축 시스템의 생물 물리학.
기계 화학 공정의 일반적인 특성. 수축 및 모바일 시스템의 주요 유형. 근육 및 비근육 수축성 단백질(액틴, 미오신, 트로포미오신, 튜불린, 플라겔린 등)의 생물물리학적 특성. 기계화학적 에너지 변환기로서의 횡문근의 주요 특성; 근절의 구조, 수축 중 변화. 근육 수축의 분자 메커니즘, 그 조절. 근육 수축의 에너지 공급; V. Engelhardt와 M. Lyubimova의 실험의 중요성. 수축 메커니즘을 설명하는 이론. 비 근육 수축 시스템 구조의 주요 특징, 이동성의 분자 메커니즘.
광생물학적 과정의 생물물리학
광생물학적 과정과 그 단계의 일반적인 특성과 분류. 물리학 및 광화학 법칙을 광생물학적 과정에 적용할 수 있습니다. 생체 분자에 의한 빛의 흡수. Lambert-Beer 법칙. 빛 흡수 메커니즘. 광전자가 여기 수준으로 전이하는 규칙. 생체 분자의 흡수 스펙트럼. 단백질 및 핵산의 광학 특성: 광 흡수, 광학 활성, 광학 회전 분산, 원형 이색성, 저변색 및 고변색 효과의 특성. 빛에 의해 여기된 분자의 비활성화 방법. 발광, 그 유형 및 주요 물리적 특성: 방출 스펙트럼, 양자 수율, 발광 지속 시간. 생물발광 및 물체의 초약광(생화학발광). 생물 시스템의 에너지 이동, 그 메커니즘: 유도 공진, 여기자, 교환 공진, 반도체. 광화학 반응의 종류; 1- 및 2-양자 반응. 광생물학적 과정의 작용 스펙트럼. 광합성의 생물 물리학. 광합성의 물리적 의미. 광합성의 주요 과정에서 에너지의 변환. 전자 수송 및 광인산화. 광합성의 열역학, 양자 수율 및 양자 소비, 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 효율성. Bacteriorhodopsin 광합성: 물리적 및 생물학적 의미, 에너지 변환의 순서, 분자 메커니즘. 광파괴 과정. 핵산에 대한 자외선의 작용에 따른 광화학 반응. 단백질과 지질에 대한 자외선의 작용 분자 메커니즘. 광손상 분자의 생물학적 중요성. 광감작 및 광보호; 빛과 어둠의 보상. 레이저 방사선의 기본적인 물리적 특성과 생물학적 효과. 2-양자 반응의 역할. 레이저 연구 방법.
생물학적 과정의 조절.
정보 이론의 기본 개념. 생물학적 시스템에서 엔트로피와 정보의 관계. 생물학적 정보의 양, 그 가치. 정보이론을 바이오프로세스에 적용: 유전암호, 단백질 구조의 정보적 특성 등 바이오사이버네틱스의 개념. 생물학적 과정의 자동 조절 원리(긍정적 및 부정적 피드백, 자기 진동, 생체 리듬). 신진 대사 조절에서 생물학적 트리거의 역할.
교육 및 방법론 카드
| 섹션 번호, 주제, 수업 | 섹션, 주제, 클래스의 이름. 연구 중인 문제 목록 | 수업 시간 수 | 수업 자료 지원(시각 자료, 교재 등) | 문학 | 통제의 형태 |
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| 현실적인 (세미나) | 실혐실 | 통제된 학생의 독립적인 작업 |
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| 소개: 생물 물리학의 주제와 과제, 문제, 발전 단계, 발전 전망 및 방향. | 그래프 프로젝터 슬라이드, 칠판, 분필 | LD 1,2,3,4,6,7 | 시험 |
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| 그래프 프로젝터용 슬라이드, 칠판에 그림 설명하기. | |||||||||||
| 생물학적 과정의 역학.기본 운동 방정식. 분자와 반응 순서. 생물학적 과정의 역학의 특징. 물질의 농도와 온도에 대한 반응 속도의 의존성. 반 호프 계수. 활성화 에너지와 그 정의. 촉매의 성질에 대한 반응 속도의 의존성 효소 과정의 역학. 효소-기질 복합체, 검출 방법. 기질, 온도, pH 및 기타 요인의 농도에 대한 효소 반응 속도의 의존성을 그래픽으로 나타냅니다. 결합 속도 상수를 결정하기 위한 Michaelis-Menten 방정식 및 대수 변환. 억제 유형의 동역학 그래픽 분석. | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드. 칠판의 설명도 | |||||||||||
| 세포의 에너지 변환 방법. 세포는 화학 기계와 같습니다. 에너지 변환과 관련된 주요 공정의 열역학적 특성. | 그래프 프로젝터용 슬라이드 보드에 설명도 | |||||||||||
| 광생물학적 과정.광생물학적 과정의 분류. 광화학 반응. 광합성의 밝고 어두운 단계. 빛과 물질의 상호 작용 메커니즘. 분자의 들뜬 상태. 물질에 의한 빛의 흡수 메커니즘. 형광 및 인광, 특성, 특성, 의미. | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 | |||||||||||
| 분자 생물 물리학분자 생물 물리학의 주제 및 과제; 연구 방법. 폴리머의 다양한 유형의 상호 작용, 생물 물리학 적 특성. 단백질 분자의 공간 구성. 다양한 2차 및 3차 단백질 구조; 슈퍼코일. 단백질의 상전이; 열 및 화학적 변성. 메커니즘, 열역학적 특성. DNA의 물리적 모델. NC의 2차 구조 다형성. 상전이 나선-코일 변성 및 NC의 변성, 변성 인자. 변성의 정성 및 양적 특성. DNA 분자 혼성화 방법, 생물학적 중요성. NC의 물리적 특성. | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 칠판의 설명도 | |||||||||||
| 막의 생물 물리학.생체막 연구 방법. 막의 구조적 조직에 대한 아이디어 개발. 막의 분자 구성 요소의 생물 물리학 적 특성 : 단백질, 지질, 탄수화물 및 그 복합체. 생체막의 필수 구성 요소인 물. 유체 모자이크 모델의 주요 특징. 생체막의 물리적 특성. 생체막 구성 요소의 이동성. 막의 상전이. 막 구조의 액정, 그 특성. 생물학적 막의 기능. 인공 막. | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 칠판의 설명도 | |||||||||||
| 세포와 조직의 투과성.생물학적 막을 통한 물질 수송 유형의 분류 및 간략한 설명. 수동 전송, 그 유형, 메커니즘. 물과 전해질에 대한 막 투과성. 채널의 구조와 기능에 대한 현대적 이해. 채널 선택성. 능동수송의 성질과 기능. 분자와 이온의 능동 수송의 열역학. 능동 수송 메커니즘. 전기 및 중성 수송. 1차 및 2차 능동 전송. 수송 ATPase, 간단한 설명 및 분류. 생체막을 통한 물질 수송을 위한 특수 메커니즘 | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 칠판의 설명도 | |||||||||||
| 생체전기현상생체 잠재력의 일반적인 특성 및 분류. 이온 및 전극 생체 전위의 특성화. 휴식의 가능성, 그 기원. 활동 잠재력. 신경 충동 생성에 대한 현대적인 아이디어. 막 전위의 크기를 결정하는 요소. myelin 및 non-myelin 신경 섬유를 따라 신경 자극의 전파. 동전기 현상. 동전기 전위의 크기를 결정하는 요소. | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 칠판의 설명도 | |||||||||||
| 수축 시스템의 생물 물리학기계 화학 공정의 일반적인 특성. 수축 및 모바일 시스템의 주요 유형. 근육 및 비근육 수축성 단백질의 생물물리학적 특성화. 줄무늬 근육의 기본 속성. 근육 수축의 분자 메커니즘, 그 조절. 비 근육 수축 시스템 구조의 주요 특징, 이동성의 분자 메커니즘 | 오버헤드 프로젝터용 슬라이드 칠판의 설명도 | |||||||||||
정보부
기본 및 추가 문헌
| 서지 | 출판 연도 |
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| 메인(LO) | ||
| 루빈 A.B.생물 물리학. M.: Book house "University", T. 1-2. 안토노프 V.F.생물 물리학. 남: 껌. 발행자 센터 "블라도스", 루빈 A.B.생물물리학 강의. M.: 모스크바 대학교 출판사. Kostyuk P.G. 및 기타.생물 물리학. 키예프: 비샤 학교. Konev S.V., Volotovsky I.D.광생물학. Mn.: 벨로루시 대학교 출판사. | ||
| 추가(LD) | ||
| 레미조프 A.N.의학 및 생물 물리학. 남: 의학. 칸토어 C., 쉬멜 P.생물 물리 화학. T.1-3, M.: 미르 윌리엄스 W. 윌리엄스엑스. 생물학자를 위한 물리화학. M.: 미르. 플론시 R., 바 R.생체전기. 정량적 접근. M.: 미르. 젠거 V.핵산의 구조적 구성 원리. M.: 미르. 타루소프 B.N. 등생물 물리학. 남: 고등학교. Antonov V.F., Korzhuev A.V.물리학 및 생물 물리학: 의대생을 위한 강의 과정: 교과서. 남: 껌. 발행자 센터 "블라도스" Artyukhov V.G., Shmeleva T.A., Shmelev V.P.생물 물리학. - 에드. 보로네시 대학교 주라블레프 A.N. 등물리학 및 생물 물리학의 기초. 시리즈: 고등 교육 기관의 학생들을 위한 교과서 및 교재. 2005. |
실험실 수업 목록
1. 생물학적 과정의 역학(4시간). 2. 세포와 조직의 투과성(4시간). 3. 생물학적 유체의 표면 장력(4시간). 4. 동전기 현상(4시간). 5. 분석의 이온화 방법(4시간). 6. 생물학적 유체의 삼투압(4시간).독립적인 작업의 통제
1. 동물과 인간의 몸에서 에너지를 사용하는 주요 방법. 2. 세포에서 에너지 형성 방법.최종 점수(최소 4점, 최대 10점)는 다음 공식에 의해 결정됩니다. 최종 성 적 = 하지만 x 0.4 + 비 x 0.6, 여기서 하지만– 실험실 수업 및 CSR의 평균 점수, 비- 시험 점수. 최종 점수는 시험에 합격한 경우에만 설정됩니다(4점 이상).
커리큘럼 승인 프로토콜
다른 분야의 전문 분야와 함께
| 학문의 이름 어떤 동의가 필요한지 | 부서 이름 | 해당 학문 분야의 커리큘럼 내용 변경 제안 | 커리큘럼을 개발한 부서에서 결정(프로토콜 날짜 및 번호 표시) |
커리큘럼 추가 및 변경 사항
연구 교육 분야
_____/_______ 학년도 동안
| 추가 및 변경 사항 | 기초 |
|
| 법 |
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연구와 업무에 지식 기반을 사용하는 학생, 대학원생, 젊은 과학자들은 매우 감사할 것입니다.
게시일 http://www.allbest.ru//
게시일 http://www.allbest.ru//
우크라이나 과학 교육부
우크라이나 국립 기술 대학교
"이고르 시코르스키 키예프 폴리테크닉 연구소"
의생명공학부
세포막 분자
세포막. 인공 및 나노막
수행
그룹 BM-61의 학생
파파키나 마가리타
확인:
교수 V.I. 코르조아
주제의 관련성
세포, 특히 세포막의 구조가 발견된 이후로 의학 및 생물학은 이를 충분히 연구하여 이 기간 동안 과학자들은 생물학 및 의학 분야에서 수많은 후속 발견을 했습니다. 이후 의학의 가능성, 사람들의 삶의 질을 향상시켰고 이 분야의 후속 생물학적, 생화학적, 생물물리학적 연구에 자극을 주었습니다.
현재 과학자들은 생물학적 물질이 아니라 그 모델에 대한 생물학적 연구를 수행할 가능성에 대한 문제를 해결하고 있습니다. 생화학 연구 분야에서는 인공막과 나노막이 활발히 개발되어 실용화되고 있다. 관련 과학 및 기술의 발전으로 이러한 모델을 생성하여 과학 연구뿐만 아니라 삶의 다른 영역에도 적용할 수 있게 되었습니다.
즉, 세포막을 연구하는 과정과 인공막 및 나노막을 얻는 방법 및 그 개선은 현재 매우 유망한 생물학 분야이다.
세포막
세포막(세포막, 원형질막 또는 원형질막)은 단백질과 지질로 구성된 탄성 분자 구조입니다. 모든 셀의 내용을 외부 환경과 분리하여 무결성을 보장합니다. 세포와 환경 사이의 교환을 조절합니다. 세포 내 막은 특정 환경 조건이 유지되는 구획 또는 세포 소기관인 특수 폐쇄 구획으로 세포를 나눕니다. 세포벽에 세포가 있는 경우(보통 식물 세포에서 발견됨) 세포막을 덮습니다.
쌀. 1. 세포막의 구조.
세포막은 지질 클래스 분자의 이중층(이중층)으로, 대부분이 소위 복합 지질인 인지질입니다. 지질 분자에는 친수성("머리") 부분과 소수성("꼬리") 부분이 있습니다. 막을 형성하는 동안 분자의 소수성 부분은 안쪽으로 향하고 친수성 부분은 바깥쪽으로 향합니다.
생물학적 막은 또한 다양한 단백질을 포함합니다: 일체형(막을 통해 관통), 반 일체형(한쪽 끝이 외부 또는 내부 지질층으로 침지됨), 표면(막의 외부 또는 내부 측면에 인접에 위치). 일부 단백질은 세포 내부의 세포골격과 외부의 세포벽(있는 경우)이 있는 세포막의 접촉점입니다. 일부 필수 단백질은 이온 채널, 다양한 수송체 및 수용체로 기능합니다.
막 속성
모든 세포막은 이동성 유체 구조입니다. 지질과 단백질 분자는 공유 결합으로 연결되어 있지 않고 막 평면에서 매우 빠르게 이동할 수 있기 때문입니다. 이로 인해 멤브레인은 구성을 변경할 수 있습니다. 즉, 유동성이 있습니다.
멤브레인은 매우 역동적인 구조입니다. 그들은 손상으로부터 빠르게 회복하고 세포 운동으로 늘어나거나 수축합니다.
다른 세포 유형의 막은 화학적 구성과 단백질, 당단백질 및 지질의 상대적 함량, 결과적으로 그 안에 존재하는 수용체의 특성이 크게 다릅니다. 따라서 각 세포 유형은 주로 당단백질에 의해 결정되는 개별성을 특징으로 합니다. 세포막으로부터 돌출된 당단백질의 분지쇄는 환경적 요인의 인식과 관련 세포의 상호 인식에 관여한다.
조직 분화 과정에서도 유사한 현상이 관찰됩니다. 이 경우, 원형질막의 부분을 인식하여 구조가 유사한 세포가 서로에 대해 올바르게 방향을 지정하여 접착 및 조직 형성을 보장합니다. 막을 가로지르는 분자 및 이온 수송의 조절은 또한 당단백질이 항원의 역할을 하는 면역학적 반응뿐만 아니라 인식과도 관련이 있습니다. 따라서 설탕은 정보 분자(단백질 및 핵산과 유사)로 기능할 수 있습니다. 막은 또한 특정 수용체, 전자 운반체, 에너지 변환기, 효소 단백질을 포함합니다. 단백질은 특정 분자의 세포 안팎으로의 이동을 보장하고, 세포 골격과 세포막의 구조적 연결을 수행하거나, 환경으로부터 화학 신호를 수신 및 변환하는 수용체 역할을 합니다.
막의 가장 중요한 특성은 선택적 투과성이기도 합니다. 이것은 분자와 이온이 다른 속도로 통과한다는 것을 의미하며 분자의 크기가 클수록 막을 통과하는 속도가 느려집니다. 이 속성은 원형질막을 삼투 장벽으로 정의합니다. 물과 그 안에 녹아있는 가스는 최대 침투력을 가지고 있습니다. 이온은 훨씬 더 천천히 막을 통과합니다. 막을 통한 물의 확산을 삼투라고 합니다.
막을 가로질러 물질을 운반하는 몇 가지 메커니즘이 있습니다.
확산 - 농도 구배를 따라 막을 통한 물질의 침투(농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역으로). 물질 (물, 이온)의 확산 수송은 분자 기공이있는 막 단백질의 참여 또는 지질상의 참여 (지용성 물질의 경우)로 수행됩니다.
촉진된 확산으로 특수 막 운반체 단백질은 하나 또는 다른 이온 또는 분자에 선택적으로 결합하여 농도 구배를 따라 막을 가로질러 운반합니다.
능동 수송은 에너지 비용과 관련이 있으며 농도 구배에 대해 물질을 수송하는 역할을 합니다. 이것은 소위 이온 펌프를 형성하는 특수 운반 단백질에 의해 수행됩니다. 가장 많이 연구된 것은 동물 세포의 Na-/K- 펌프로, K- 이온을 흡수하면서 Na+ 이온을 외부로 적극적으로 펌핑합니다. 이로 인해 환경에 비해 세포에서 높은 농도의 K-와 낮은 Na+ 농도가 유지됩니다. 이 과정은 ATP의 에너지를 소모합니다.
막 펌프의 도움으로 능동 수송의 결과로 Mg2- 및 Ca2+의 농도도 세포에서 조절됩니다.
이온이 세포 내로 능동적으로 이동하는 과정에서 다양한 당, 뉴클레오티드 및 아미노산이 세포질 막을 통해 침투합니다.
단백질, 핵산, 다당류, 지단백질 복합체 등의 고분자는 이온이나 단량체와 달리 세포막을 통과하지 않습니다. 거대 분자, 그 복합체 및 입자가 세포로 이동하는 것은 세포 내 이입을 통해 완전히 다른 방식으로 발생합니다. 세포 내 이입 (endo ... - 내부) 동안 원형질막의 특정 부분이 세포 외 물질을 포착하고 감싸서 막 함입의 결과로 발생하는 막 액포에 둘러싸게합니다. 결과적으로 이러한 액포는 리소좀에 연결되며, 리소좀의 효소는 거대 분자를 단량체로 분해합니다.
endocytosis의 역 과정은 exocytosis (exo ... - out)입니다. 덕분에 세포는 액포 또는 소포에 둘러싸인 세포 내 제품이나 소화되지 않은 잔류 물을 제거합니다. 소포는 세포질 막에 접근하여 결합하고 그 내용물이 환경으로 방출됩니다. 소화효소, 호르몬, 헤미셀룰로오스 등이 배설되는 방식.
따라서 세포의 주요 구조 요소인 생물학적 막은 물리적 경계뿐만 아니라 동적 기능 표면 역할을 합니다. 소기관의 막에서는 물질의 활성 흡수, 에너지 전환, ATP 합성 등과 같은 수많은 생화학 적 과정이 수행됩니다.
생화학적 기능
장벽 - 환경과 함께 조절되고 선택적이고 수동적이며 능동적인 신진대사를 제공합니다. 예를 들어, 퍼옥시솜 막은 세포에 위험한 과산화물로부터 세포질을 보호합니다. 선택적 투과성은 다양한 원자 또는 분자에 대한 막의 투과성이 크기, 전하 및 화학적 특성에 따라 달라진다는 것을 의미합니다. 선택적 투과성은 세포와 세포 구획을 환경으로부터 분리하고 필요한 물질을 공급합니다.
수송 - 막을 가로질러 물질을 세포 안으로 및 세포 밖으로 운반하는 것입니다. 막을 통한 수송은 다음을 제공합니다: 영양소의 전달, 대사의 최종 산물의 제거, 다양한 물질의 분비, 이온 구배의 생성, 세포의 최적 pH 유지 및 기능에 필요한 이온 농도 세포 효소.
어떤 이유로 인지질 이중층을 통과할 수 없지만(예: 친수성으로 인해 막 내부가 소수성이고 친수성 물질이 통과하지 못하거나 크기가 커서) 세포에 필요한 입자 , 특수 운반체 단백질(수송체) 및 채널 단백질을 통해 또는 세포내이입을 통해 막을 관통할 수 있습니다.
수동 수송에서 물질은 확산에 의해 농도 구배(농도 구배는 농도 증가 방향을 나타냄)를 따라 에너지 소비 없이 지질 이중층을 통과합니다. 이 메커니즘의 변형은 특정 분자가 물질이 막을 통과하도록 돕는 촉진 확산입니다. 이 분자에는 한 가지 유형의 물질만 통과할 수 있는 채널이 있을 수 있습니다.
능동 수송은 농도 구배에 대해 발생하므로 에너지가 필요합니다. 세포막에는 칼륨 이온(K+)을 적극적으로 펌핑하고 세포 밖으로 나트륨 이온(Na+)을 내보내는 ATPase를 비롯한 특수 펌프 단백질이 있습니다.
매트릭스 - 막 단백질의 특정 상대 위치와 방향, 최적의 상호 작용을 제공합니다.
기계적 - 세포의 자율성, 세포 내 구조 및 다른 세포(조직 내)와의 연결을 보장합니다. 세포벽은 기계적 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 하며 동물에서는 세포간 물질입니다.
에너지 - 엽록체의 광합성과 미토콘드리아의 세포 호흡 동안 에너지 전달 시스템은 단백질도 참여하는 막에서 작동합니다.
수용체 - 막에 위치한 일부 단백질은 수용체(세포가 특정 신호를 인지하는 분자)입니다.
예를 들어, 혈액에서 순환하는 호르몬은 해당 호르몬에 해당하는 수용체가 있는 표적 세포에만 작용합니다. 신경 전달 물질(신경 자극을 전달하는 화학 물질)도 표적 세포의 특정 수용체 단백질에 결합합니다.
효소 - 막 단백질은 종종 효소입니다. 예를 들어, 장 상피 세포의 원형질막에는 소화 효소가 들어 있습니다.
생체 전위의 생성 및 전도 구현.
멤브레인의 도움으로 이온의 일정한 농도가 세포에서 유지됩니다. 세포 내부의 K + 이온의 농도는 외부보다 훨씬 높고 Na +의 농도는 훨씬 낮습니다. 이는 매우 중요합니다. 이것은 막을 가로질러 전위차를 유지하고 신경 자극을 생성합니다.
세포 라벨링 - 표지 역할을 하는 항원이 세포를 식별할 수 있도록 하는 "태그"인 막에 있습니다. 이들은 "안테나"의 역할을 하는 당단백질(즉, 분지된 올리고당 측쇄가 부착된 단백질)입니다. 수많은 측쇄 구성으로 인해 각 세포 유형에 대한 특정 마커를 만드는 것이 가능합니다. 마커의 도움으로 세포는 다른 세포를 인식하고 예를 들어 장기와 조직을 형성할 때 다른 세포와 협력하여 작용할 수 있습니다. 또한 면역 체계가 외부 항원을 인식하도록 합니다.
인공막
인공 막은 인지질과 유기 화합물에 용해된 중성 지질의 혼합물을 물과 접촉시켜 얻습니다. 이러한 멤브레인의 두께는 100A 미만입니다.
실제 세포막과 같은 이러한 인공막은 소수성입니다. 따라서 HCO3와 같은 전하를 띤 입자는 이를 통해 확산할 수 없는 반면 전하를 띠지 않는 분자는 소수성 층을 자유롭게 통과합니다. ?
현재 실험실 실습에서는 천연 또는 합성 유기 고분자(셀룰로오스 및 그 에테르, 단백질, 폴리스티렌) 및 기타 재료로 만든 인공 막을 거의 독점적으로 사용합니다. 그들은 매우 재현 가능한 투과성 그라데이션으로 준비할 수 있는 이전에 사용된 식물 및 동물 멤브레인에 비해 큰 이점이 있습니다. 비수성 용액 작업의 경우 셀룰로오스 멤브레인이 자주 사용됩니다.
현대 멤브레인의 합성 경로는 종종 다소 복잡한 방식을 따릅니다. 왜냐하면 이러한 화합물의 거대분자 구조는 강하게 가교 결합된 하전 그룹을 포함하는 강력한 폴리머 프레임워크를 나타내야 하기 때문입니다. 기술 응용의 모든 요구 사항을 충족시키는 그러한 재료를 생산하는 것은 쉽지 않으며 이것은 과학적인 과제일 뿐만 아니라 위대한 예술이라고 말할 수 있습니다. 현대 멤브레인의 분자 디자인은 전하를 띤 파편의 유형과 특성뿐만 아니라 캐리어 매트릭스의 화학 구조에 따라 달라지는 매우 다양한 특성을 특징으로 합니다. 첫 번째 멤브레인은 소위 이온 교환 수지라고 하는 과립형 이온 교환기로 만들어졌습니다.
다공성 이온교환막 외에도 인공막에는 여러 가지 유형이 있으며, 그 중 두꺼운 고체막과 두 개의 단분자층으로 구성된 매우 얇은 이중층 지질막을 구별할 수 있습니다. ?
만족스러운 크기와 재현성의 생물학적 막을 얻는 것과 관련된 어려움으로 인해 생물학자들은 인공적으로 준비된 막을 모델로 사용할 가능성을 탐구하게 되었습니다. 인공막에서는 기전력, 전달수, 전기전도도 등을 비교적 쉽게 측정할 수 있다.
나노막
나노막은 직경이 마이크론 이하인 구멍을 포함하는 막입니다. 특히 기공 크기가 엄격하게 제어되고 2~50nm 범위의 물질을 메조포러스 분자체라고 합니다. 미세 기공은 미생물, 바이러스, 개별 세포 및 분자뿐 아니라 매우 작은 고체 입자를 보유할 수 있습니다. 나노막은 의학에서 특히 사용됩니다. 그들의 도움으로 바이러스와 단백질을 분리하고 혈액 투석을 수행하고 혈액 성분을 분리하고 용액을 살균하고 (미생물을 걸러내어) 물의 미생물 학적 분석을 수행 할 수 있습니다. 흥미로운 잠재적 응용 프로그램은 바이오 임플란트와 관련이 있습니다. 임플란트의 세포 구조는 닫힌 나노막에 의해 유기체의 나머지 부분과 분리될 수 있습니다. 그러면 임플란트와 체내에서 필요한 물질의 교환이 나노포어를 통해 이루어지며, 이물 세포를 파괴하는 항체는 멤브레인 장벽을 통과하지 못하게 됩니다.
고효율 나노막을 얻기 위한 현대적인 방법은 가속된 중이온 또는 방사성 원소의 붕괴 생성물로 연속 고분자 필름에 조사하는 것입니다. 폴리머 층을 통해 날아가는 고에너지 입자는 재료의 파괴(해중합) 생성물로 채워진 직경이 약 10nm인 채널을 통해 트랙을 남깁니다. 이후에 용매로 처리한 결과, 채널 대신에 기공이 형성되며, 그 직경은 30~1000nm까지 광범위하게 제어할 수 있습니다.
나노막을 얻는 다른 많은 방법이 있습니다. 정렬된 나노포어를 가진 산화알루미늄 기반의 멤브레인은 알루미늄 판 표면의 양극 산화에 의해 생성됩니다. 비정질 실리콘의 연속 층을 단기간 열처리한 결과 실리콘 필름에 나노 기공이 형성됩니다. 나노막은 또한 용액에서 또는 계면활성제의 존재하에 유기 화합물을 중합함으로써 형성된다. 후자의 분자 결합의 결과로 직경이 수 나노미터인 원통형 채널이 형성되어 생성된 필름을 관통합니다. 이온 교환막은 이온 교환 폴리머(수지)뿐만 아니라 이온 전도성이 있는 일부 무기 화합물(이트리아로 안정화된 이산화지르코늄, 산화비스무트 등)에서 얻습니다.
본 연구의 결론에서 인공막과 나노막의 생산은 가까운 장래에 착실하게 발전할 생명공학의 한 분야이며 많은 생산분야에 활발히 도입될 것이지만 인공막은 특별한 활용을 받게 될 것임을 알 수 있다. 의학 분야에서 기존의 것을 개선하고 많은 새로운 발견을 할 것입니다.
문학
새로운 세대의 멤브레인을 추적합니다. 과학의 세계에서. 2005. 제12호. P.35.
Mulder M. 멤브레인 기술 소개. M.: Mir, 1999. 514 p.
N.P. 베레지나. 합성 이온 교환막. 소로스 교육 저널, 6권, 9호, 2000
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인공 지질막, 2층 구조를 갖는 , 는 생물학적 막과 많은 면에서 유사한 것으로 밝혀졌다. 인공막은 접촉에 의해 얻어진다. 인지질과 중성 지질의 혼합물물과 함께 유기용매에 녹인다. 이분자 지질막(BLM)이라고도 함 이중층 또는 검정지질막은 널리 사용 실험 모델, 이를 통해 인공 조건에서 생체막의 많은 특성과 특성을 재현할 수 있습니다. 생물학적 막과 마찬가지로 폐쇄 시스템이므로 지질 이중층을 통한 이온 및 소분자의 수동 수송 연구에 적합합니다.
리포솜- 하나 이상의 지질 이중층을 갖는 구형 소포. 형성 인지질과 물의 혼합물. 리포좀은 물 또는 초음파 처리가 수행된 용액을 포함합니다. BLM과 달리 리포솜매우 안정적이며 유기 용매를 포함하지 않습니다. 리포솜의 지질 조성은 임의로 변할 수 있으므로 막의 특성을 방향적으로 변경할 수 있습니다. 주요 구성 요소에서 막 재구성의 가능성으로 인해 세포막의 효소 수송 및 수용체 기능을 시뮬레이션할 수 있습니다. 항원은 리포솜에 도입될 수 있을 뿐만 아니라 항체는 공유적으로 부착되어 다음에서 사용될 수 있습니다. 면역학적 연구. 그들은 많은 약물, 비타민, 호르몬, 항생제 등의 작용을 연구하는 데 편리한 모델입니다.
현재, 기능적으로 활성인 막 단백질을 리포솜에 통합하는 방법이 잘 개발되어 있습니다. 이러한 인공 단백질-지질 구조는 일반적으로 단백질 리포좀.
대부분의 구성 단백질을 인공 막 시스템에 통합하는 효율성은 막의 지질 조성, pH, 염 조성, 온도 등에 크게 좌우됩니다. 프로테올리포솜 시스템 - 콜로디온 필름원래 박테리오로돕신 연구를 위해 개발된 는 다른 여러 막 에너지 변환기 연구에 사용되었습니다.
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- 클래식 플랫,
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을 위한 인공막 획득사용:
- 다양한 인산염,
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연구를 위한 인공 막의 잠재적 가치는 천연 단백질, 특히 수송 특성이 있는 단백질을 통합할 가능성에 달려 있습니다. 단백질과 지질로 구성된 리포솜은 60년대에 획득되기 시작했습니다. Proteoliposome이라는 용어는 V.P. Skulachev에 의해 도입되었습니다. 현재 다양한 형태의 리포좀 및 프로테올리포좀의 제조 및 크기, 구조, 균질성, 안정성 및 기타 특성에 대한 표준화를 위한 여러 방법이 개발되었습니다. 리포솜은 의약 및 화학 화합물을 세포에 전달하고, 엔지니어링 효소학에서 효소를 안정화하고, 표면을 수정하고 모델링하는 세포막에 프로브 분자를 도입하는 데 사용됩니다. 유전 공학 및 의학에서 큰 관심을 받는 것은 리포솜을 사용하여 핵산과 바이러스를 세포에 도입하는 연구입니다.
에서 물막의 많은 구조적 및 기능적 특성은 물론 안정화 및 막 형성 과정과 관련이 있습니다. 물은 막의 일부이며 다음과 같이 나뉩니다.
- 무료
- 연결된,
- 캡처.
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포획수액체 물의 동위원소 운동 특성을 가지며 좋은 용매입니다. 그것은 지질층 사이의 막의 중앙 영역에서 발생하지만 이 물은 공간적으로 나누어져 있습니다. 세포외액과 세포질 모두. 그녀는 그들과 자유롭게 교환할 기회가 없습니다.
