Проницаемость биологических мембран

Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби
2-СРСП. Биологически тип
мембрананы. Ионизация и липофильные
проблемы, биологиялық активные добавки .
Биологические мембраны тонкие пограничные структуры молекулярных
размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а
также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Толщина Б. м.
не превышает 100 . Важнейшая функция Б. м. - регулирование транспорта
ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ
(см. Проницаемость биологических мембран). Первоначально термин "Б.
м." использовали при описании всех видов пограничных структур,
встречающихся в живом организме, - покровных тканей, слизистых оболочек
желудка и кишечника, стенок кровеносных сосудов и почечных канальцев,
миелиновых оболочек нервных волокон, оболочек эритроцитов и др. К
середине 20 в. было доказано, что в большинстве пограничных структур
эффективную барьерную функцию выполняют не все элементы этих
сложных образований, а только мембраны клеток. С помощью электронного
микроскопа и рентгеноструктурного анализа удалось показать общность
строения поверхностных клеточных мембран эритроцитов, нервных и
мышечных клеток, бактерий, плазмалеммы растительных клеток и др. с
мембранами
субклеточных
структур
эндоплазматической
сети, митохондрий, клеточных ядер, лизосом, хлоропластов и др. Б.м.
занимают огромную площадь (например, в организме человека только
поверхностные мембраны имеют площадь, равную десяткам тыс. м2)и играют
универсальную регуляторную роль в обмене веществ
Химический состав и строение биологических мембран. Состав М.б. завис
ит от их типа и функций,однако основными составляющими являются Липид
ы и Белки, а также Углеводы (небольшая, ночрезвычайно важная часть) и вод
а (более 20% общего веса).
Липиды. В составе М.б. обнаружены липиды трех классов: фосфолипиды, гл
иколипиды и стероиды. Вмембранах животных клеток более 50% всех липид
ов составляют фосфолипиды —
глицерофосфолипиды(фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатид
илсерин, фосфатидилинозит) исфингофосфолипиды (производные церамида,
сфингомиелин). Гликолипиды представлены цереброзидами,сульфатидами и
ганглиозидами, а стероиды —
в основном холестерином (около 30%). В липидныхкомпонентах М.б. содер
жатся разнообразные жирные кислоты, однако в мембранах животных клеток
преобладают пальмитиновая, олеиновая и стеариновая кислоты. Основную ст
руктурную роль вбиологических мембранах играют фосфолипиды. Они обла
дают выраженной способностью формироватьдвухслойные структуры (бисло
и) при смешивании с водой, что обусловлено химической структуройфосфол
ипидов, молекулы которых состоят из гидрофильной части —
«головки»
(остаток фосфорной кислотыи присоединенная к нему полярная группа, напр
имер холин) и гидрофобной части —
«хвоста»
(как правило,две жирнокислотные цепи). В водной среде фосфолипиды бислоя расположены таким о
бразом, что жирнокислотные остатки обращены внутрь бислоя и, следовательно, изолированы о
т окружающей среды, агидрофильные «головки» —наоборот, наружу.
Глицерофосфолипиды.
Фосфатидная кислота - это диацилглицеролфосфат. R1, R2 - радикалы
жирных кислот (гидрофобные «хвосты»). Со вторым углеродным атомом
глицерола связан остаток полиненасыщенной жирной кислоты. Полярной
«головкой» является остаток фосфорной кислоты и присоединенная к нему
гидрофильная группа серина, холина, этаноламина или инозитола
Существуют также липиды - производные аминоспирта сфингозина.
Аминоспирт сфингозин при ацилировании, т.е. присоединении жирной
кислоты к NH2-группе, превращается в церамид. Церамиды различаются по
остатку жирной кислоты. С ОН-группой церамида могут быть связаны
разные полярные группы. В зависимости от строения полярной «головки»
эти производные разделены на две группы - фосфолипиды и гликолипиды.
Строение полярной группы сфингофосфолипидов (сфингомиелинов) сходно
с глицерофосфолипидами. Много сфингомиелинов содержится в составе
миелиновых оболочек нервных волокон. Гликолипиды представляют собой
углеводные производные церамида. В зависимости от строения углеводной
составляющей различают цереброзиды и ганглиозиды.
мембранам жесткость и снижает их жидкостность(текучесть). Молекула
холестерола располагается в гидрофобной зоне мембраны параллельно
гидрофобным «хвостам» молекул фосфо- и гликолипидов. Гидроксильная
группа холестерола, как и гидрофильные «головки» фосфо- и гликолипидов,
Производные аминоспирта сфингозина.
Церамид - ацилированный сфингозин (R1 - радикал жирной кислоты). К
фосфолипидам относятся сфингомиелины, у которых полярная группа
состоит из остатка фосфорной кислоты и холина, этаноламина или серина.
Гидрофильной группой (полярной «головкой») гликолипидов является
углеводный остаток. Цереброзиды содержат моноили олигосахаридный
остаток линейного строения. В состав ганглиозидов входит разветвленный
олигосахарид, одним из мономерных звеньев которого является НАНК - Nацетилнейраминовая кислота
обращена к водной фазе. Молярное соотношение холестерола и других
липидов в мембранах равно 0,3-0,9. Самое высокое значение имеет эта
величина для цитоплазматической мембраны.
 Увеличение содержания холестерола в мембранах уменьшает подвижность
цепей жирных кислот, что влияет на конформационную лабильность
мембранных белков и снижает возможность их латеральной диффузии. При
повышении текучести мембран, вызванном действием на них липофильных
веществ или перекисным окислением липидов, доля холестерола в
мембранах
возрастает.
 Функции биологических мембран. Барьерная функция. Для клеток и субкле
точных частиц М.б. служатмеханическим барьером, отделяющим их от внеш
него пространства. Функционирование клетки частосопряжено с наличием зн
ачительных механических градиентов на ее поверхности преимущественновс
ледствие осмотического и гидростатического давления. Основную нагрузку в
этом случае несет клеточнаястенка, главными структурными элементами кот
орой у высших растений являются целлюлоза, пектин иэкстепин, а у бактери
й — муреин (сложный полисахаридпептид). В клетках животных необходимость вжесткой оболочке отсутствует.
Некоторую жесткость этим клеткам придают особые белковые структурыци
топлазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембра
ны.
 Перенос веществ через М.б. сопряжен с такими важнейшими биологическим
и явлениями, каквнутриклеточный гомеостаз ионов, биоэлектрические потен
циалы, возбуждение и проведение нервногоимпульса, запасание и трансформ
ация энергии и т.п.
(см. Биоэнергетика). Различают пассивный и активныйтранспорт (перенос) н
ейтральных молекул, воды и ионов через М.б. Пассивный транспорт не связа
н сзатратами энергии, он осуществляется путем диффузии по концентрацион
ным, электрическим илигидростатическим градиентам. Активный транспорт
осуществляется против градиентов, связан с затратойэнергии (преимуществе
нно энергии гидролиза АТФ) и сопряжен с работой специализированных мем
бранныхсистем (мембранных насосов). Различают несколько видов транспор
та. Если вещество транспортируетсячерез мембрану независимо от наличия и
переноса других соединений, то такой вид транспорта называютюнипортом.
Если перенос одного вещества сопряжен с транспортом другого, то говорят о
котранспорте,причем однонаправленный перенос называется симпортом, а п
ротивоположно направленный —
антипортом. В особую группу выделяют перенос веществ путем экзои пиноцитоза.
БАД — это натуральные комплексы минералов, витаминов, пищевых
волокон, экстрактов лекарственных растений, полиненасыщенных жирных
кислот, аминокислот и т. д. Они восполняют пробелы в питании, улучшают
усвоение полезных веществ, активизируют внутренние резервы организма и
снижают риск многих заболеваний.
По мнению большинства ученых и медиков, правильный и регулярный
прием БАД позволяет человеку не только надолго оставаться молодым,
здоровым и энергичным, но и значительно улучшает качество его жизни