Файл: 1. Мембрананы рылымы туралы заманауи кзарастар. СингерНиколсонны сйы кристалды моделі. Мембрананы функциялары.docx

1.Мембрананың құрылымы туралы заманауи көзқарастар. Сингер-Николсонның сұйық кристалды моделі. Мембрананың функциялары.

Мембраналық моделдер: -алғашқы моделі 1902 жылы ұсынылған. Бірінші модел-липидтердің моноқабатына негізделген.1925 жылы Гортер мен Грендель гемолизденген эритроциттерден липидтерді ацетон арқылы бөліп алып,оларды су бетіне құйып,пайда болған бір қабаттан тұратын мономолекулалар пленкасының ауданын анықтаған.Эритроциттерден бөлініп алынған бір қабат болып орналасқан липидтер бетінің ауданы сол эритроциттердің ауданынан екі есе көп болғаны анықталған. Осы зерттеу нәтижесінде мембранадағы липидтер бимолекулалық екі қабат түрінде орналасқан деген тұжырым жасалынды.Бұл тұжырымның дұрыстығы биологиялық мембрананың электрлік параметрлерін өлшеу барысында дәлелденді/Коул және Кертис\ -1935 жылы Даниэль мен Давсон мембрананың бутербродтық моделін ұсынды. Моделде мембрана үшқабаттан тұрады.Бұл модел бойынша фосфолипидтер молекулалары мембрана бетінде перпендикуляр түрде екі қабат болып орналасады.Липид молекулалары гидрофильді жағымен,мембрананың сыртында,гидрофобты жағымен оның ішіне қарай бағытталып орналасады.Мембрананың екі қатар орналасқан фосфолипид молекулалары жабысып орналасады,соның нәтижесінде мембранада иілгіштік,механикалық әсерлерге беріктілік,беттік керілу төмен қасиет пайда болады. -Мембрана екінші моделі-жалпақ биқабат.Липидтер биқабатты құрылымды құрайды яғни қара пленкаларды.Бұл құбылысты алғаш рет Мюллер зерттеген. -Үшінші моделі-сфералық бірқабатты липосома.Олардың полярлық топтары суда,ал гидрофобты топтары ауада орналасады,мономолекулярлы қабатты құрап,жайылады.Олар биқабатты мембранадан тұратын,ұсақ көпіршіктер түрінде болады.Липосомалар толық ақуыз молекуласынан айырылған,биологиялық мембрана болып табылады. Мембрананың функциялары. Барьерлік-қоршаған орта мен таңдамалы,реттелінетін,белсенсіз және белсенді зат алмасуды қамтамасыз етеді,яғни мембрана арқылы заттардың бос тасымалдануы үшін биомембраналық бөгеттің құрылуы.Матрицалық-мембранадағы ақуыздардың белгілі ретпен орналасуын,олардың бағытын,ұтымды әсерлесуін қамтамасыз етеді.Мембраналардың қатысуымен прокариотикалық ДНҚ репликациясы,ақуыздардың биосинтезі мен бөлінуі,биоэнергетикалық процестер және гормондық жауап процестері жүреді.Механикалық-ішкі жасушалық құрылымдардың беріктігін,автономдығын қамтамасыз етеді.Яғни морфологиялық тұтастықтың және ішкі органоидтардың тұрақтылығы сақталады.Энергетикалық-митохондрияның ішкі мембраналарында АТФ синтезі,хлоропласт мембранасында фотосинтездеу.Жасушаның ашық жүйесінде ағып жатқан процестер,бір жағынан энергияны жұмсайды.Транспорттық немесе тасымалдау-мембрана арқылы жасушадан жасушаға заттар тасымалы жүреді.Рецепторлық-мембранада кездесетін кейбір белоктар рецептор болып табылады,яғни жылу сезу сияқты басқа да сигналдарды қабылдайды. Биопотенциалдардың жүруі және генерациясы-мембрана көмегімен жасушада иондардың концентрациясы ылғи тұрақты болып тұрады. Калий ионының концентрациясыжасуша ішінде сырттан қарағанда айтарлықтай жоғары, ал натрий ионының концентрациясы іште төмен болады,себебі бұл жүйке импульсінің генерациясында және мембранада потенциал айырмасын тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Ферментативтік-мембраналық ақуыздар көбіне ферменттер болып келеді.Мысалы,ішектегі плазматикалық мембранадағы эпителиалды клеткалар асқорыту ферменттерін бар. Маркерлік-мембранада жасушаны танитын маркер антигендер болады.Олар гликопротеиндер.

Сингер-Николсонның сұйық кристалды моделі.

Биологиялық мембрананың негізін ақуыздармен оюланған ,фосфолипидтердің екі қабаты құрайды.Биологиялық мембранада фосфолипид пен ақуыздан басқа да химияық қосылыстар бар.Жануарлар жасушасының мембранасында холестерин көп.Мембранада гликолипидтер,гликопротеидтер бар.Модел бойынша мембрана липидтері сұйық күйде болады,липидте ақуыздар жүзіп жүреді,бірақ олар бос жүзбейді,ішкі жасушалық құрылымға зәкірленеді-бекиді деген сөз шығар.

2.Мембранадағы липидті-липидті, липид - ақуыздық өзара әрекеттесулер. Мембрана компоненттерінің қозғалғыштығы (айналмалы диффузия, латериальды (бүйірлік) диффузия, флип-флоп ауысу)

Липидті-липидті әрекеттесулер мыналарға байланысты: 1.электростатикалық күш энергиясына; 2.мембранада фосфолипидте бастары және құйрықтарында факторлар локализациясы; 3.сутектік байланыстардың қалыптасуы,энергиялық гидратациясы; 4.фосфолипидті доменнің қалыптасуы.

Липидті-ақуыздық әрекеттесулер анықталады: 1.моноқабат үстіндегі ақуыз бен липидтің электростатикалық және сорбциялық әрекеттесумен; 2.билипидті мембранада ішкі мембраналық орналасумен және ақуыз бен липидтің әрекеттесуімен; 3.ақуыз-ақуыз әрекеттесулер ақуыз молекулаларының мембрана ішілік және үстілік бағытына негізделген.

Айналмалы диффузия- бөлшектер немесе молекулалар комплексінің айналу еркіндік дәрежелері бойынша энергияның тепе-теңдік статистикалық таралуы орнатылатын немесе сақталатын процесс. Айналмалы диффузия (айналу диффузиясы) әдеттегі (трансляциялық) диффузияның аналогы болып табылады.Өлшеу тәсілдері: флуоресценция поляризациясы;ЭПР спектроскопия; ЯМР спектроскопия;дихроизм релаксациясы.

Латералді диффузия-липидтердің бір моноқабатының ішіндегі жылжуы.Бұл процесс өте жылдам жүреді. Латеральды диффузияның жылдамдығы мембраналардың липидтік құрамына және температураға тәуелді.

Флип-флоп ауысу- трансбиқабаттық жылжу.Молекулалар бір қабаттан басқа қабатқа өте сирек көшеді. Жылдамдығы өте төмен,яғни бір фосфолипид молекуласы аптасына бір рет флип-флоп көшуді жүзеге асырады.

3.Липидті би қабаттағы фазалық ауысулар. Липидті молекулалардың конформациясының өзгеруі. Кинктердің қалыптасуы

Cұйық кристалды құрылым температураның,қысымның,химиялық құрылымның,электрлік өрістің өзгерісіне өте сезімтал. Бұл мембрананың липидті биқабатының динамикалығын анықтайды,яғни олардың құрылымының түрлі өзгерістерге,тіпті ішкі химиялық құрамның немесе жағдайдың кішкене өзгерісіне де басқа фазалық күйге ауысуы.Мысалы сұйық күйден қаттыға. Био мембрананың липидті бөлігі белгілі температураларда фазалық көшулерге бейім.Рентгенқұрылымдық анализ,радиоспектроскопиялық,флюоресценттік анализ,инфрақызыл спекроскопиялық, және басқа да физикалық зерттеулер нәтижесі бойынша фосфолипидті мембранада температура төмендеген кезде сұйықкристалды күйден гелдік күйге көшеді,бұны кейде қаттыкристалды деп те атайды. Гелдік күйде молекулалар сұйықкристалдыға қарағанда неғұрлым ретті орн.Барлық фосфолипидті молекулалардың гидрофобты құйрықтары гелдік фазада қатаң түрде бір-біріне қарама-қарсы толық созыла орналасады.яғни толық транс-конформацияға ие. 25бет биофизика

Липидті биқабатта молекулалар тығыздығына байланысты қалыпты жағдайда көмірсу тізбектерінің екі жалпақ конформациясы-транс және –цис түзіледі бірақ тағы аралық та бар. Қатты күйде фосфолипидтің барлық молекулаларының майқышқылдарының көмірсу тізбектері транс конформацияға ие, бұл олардың билипидті мембранада қозғалғыштығын шектейді.Билипидті мембрана сұйық күйде майқышқылдары тізбектерінің жылу қозғалысы транс-гош көшулермен жүреді.Биқабатта гош-конформация жанында қуыстар қалыптасып,биқабат қуысында кинктер құрылуы мүмкін.Кинк гипотезасы сұйықкристалды тізбектердің фазалық көшулер кезінде еруі айналу изомеризациясына негізделген деп тұжырымдайды.Транс неғұрлым төмен энергияға ал сұйықкристалды цис-конфигурация жоғарыға ие болып келеді.Кинктің қалыптасуы тізбек ұзындығының 0,13 нм қысқаруымен сипатталады.

4.Флуоресцентті белгілерді қолдану. Әдістің мақсаты, принципі, шектеулері. Мембраналар туралы ұғымдарды дамытудағы нәтижелердің маңыздылығы

Флуоресцентті белгілер. Флуоресцентті молекулаларды белгілі бір молекулалармен ковалентті байланыстыруға болады, содан кейін бұл жүйені зерттелетін объектіге енгізуге болады. Мұндай молекулалар флуоресцентті белгілер деп аталады. Мысал ретінде флуоресцентті таңбаланған антиденелерді қолдануға болады. Егер сіз осындай антиденелерді жасуша қоспасының суспензиясына қоссаңыз, онда олар тек бетінде осы антиденеге тән антигендер бар антиденелермен байланысады. Флуоресцентті микроскопта байқалатын белгілі бір жасуша клондарының жарқын люминесценциясы пайда болады. Бұл әдіс қанның иммунологиялық зерттеулерінде қолданылады. Флуоресценция әдісін днк секвенирлеуде,днк гибридизациясы және тағы басқада қолдануға болады.

5.Мембраналардың құрылысын рентген құрылымдық әдіспен талдау. Әдістің мақсаты, принципі, шектеулері. Мембраналар туралы ұғымдарды дамытудағы нәтижелердің маңыздылығы

Кейбір мамандандырылған мембраналық жүйелер тұрақты құрылымға ие, сондықтан оларды рентгендік құрылымдық талдау әдістерімен зерттеуге болады. Мысал,перифериялық жүйке талшықтарының миелин қабығы. Бұл аксонды бірнеше рет орап, тұрақты түзетін мембрана концентрлі мембраналық құрылымдар жүйесі. Миелин 30-шы жылдары зерттелген және мембранадағы электронды тығыздықтың таралуы туралы мәліметтер алды, екі қабатты модельдің сәйкестігін растау . Нәтижелер барлық мембраналардың құрылымы ұқсас екенін көрсетеді:олардың ішкі ауданы төмен . Электрон тығыздығы және полярлы екі қабаты бар жоғары электронды тығыздықтағы топтар. Осылайша, радиоструктуралық деректер мембранада қалай орналасқандығы туралы кейбір ақпарат алуға мүмкіндік береді мембраналық ақуыздардың негізгі бөлігі, бірақ бұл әдіс егжей-тегжейлі емес молекулалық көрініс.Рентгенқұрылымдық анализдің көмегімен фосфолипидтердің биқабаты екендігі және мембранада ақуыздардың болуы анықталды,мембрананың маңызды құрылымдық параметрлері алынды.Алғаш Дебай мен Шерр поликристалдық денелерде монохроматты рентгендік сәулелер дифракциясына негізделген рентгенқұрылымдық анализ әдісін ұсынды.

7.Электронды парамагниттік резонанс спектроскопиясы (ЭПР), ядролық магниттік резонанс спектроскопиясы (ЯМР). Әдістің мақсаты, принципі, шектеулері. Мембраналар туралы идеяларды дамытудағы нәтижелердің маңыздылығы

ЭПР-сыртқы магнит өрісіне орналастырылған парамагниттік бөлшектер жүйесінің электромагниттік толқын энергиясын қабылдауының күрт өсу құбылысы, ЭПР-дегі толқынның резонанстық жиілігінде молекуланың жұпталмаған электрондарының магниттік моменттерінің ортаның магнит өрісімен әрекеттесуіне негізделген. EPR үшін айналдыру белгілері қажет:

-Егер спин-таңбаланған радикал коваленттік байланыстар арқылы байланысса, онда бұл спин белгісі.

- Егер спин-таңбаланған радикал электростатикалық немесе гидрофобты байланыстар арқылы байланысса, онда бұл спиндік зонд.

Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) – қатты, сұйық және газ тәріздес денелерде радиожиілік диапазонындағы электрмагниттік энергияның резонанстық жұтылуы. Мұндай резонанстық жұтылу құбылысы сыртқы магнит өрісіне орналасқан зат ядроларының магнетизміне байланысты пайда болады. Бұл құбылыстың резонанстық сипаты қозғалыс мөлшерінің моменті мен магниттік моменті бар ядролардың қасиетіне сәйкес анықталады. Мұндай ядроның сыртқы магнит өрісімен (Н0) әсерлесуі меншікті, яғни пресцессия жиілігін (ω0) анықтайды: ω0=γН0, мұндай γ – гиромагниттік қатынас, яғни ядроның магниттік моментінің оның қозғалыс мөлшері моментіне қатынасы. Тәжірибеден негізінен осы меншікті жиіліктің мәні анықталады. Көптеген ядролар үшін бұл жиілік 1 – 10 МГц аралығында. Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде ядролардың магниттелушілігі әлсіз (электрондық парамагнетизмнен 106 – 108 есе кем) болады.Резонанстық жиіліктегі радиожиіліктік өріс ядролардың айналуы бағытын өзгертеді, яғни ядролық магниттелушіліктің прецесс. қозғалысын тудырады. Бұл қозғалыс зерттелмекші затты қоршаған индуктивтілік орамада пайда болатын индукциялық ЭІК арқылы анықталады. ЯМР ядролардың магниттік моментін өлшеуге, заттың магниттік құрылымын зерттеуге, химиялық анализде т.б. кеңінен пайдаланылады.