СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ
КАФЕДРА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ
Доклад по молекулярной биофизике
Васюнькина Елена Владимировна
1
Schematic representation of a biological membrane with various lipids in different physical states
and embedded or adsorbed proteins. Courtesy Heiko Seeger, NBI.
Биологические мембраны
2
Общие сведения
• Толщина биологической мембраны – 5 нм,
• Свойства мембраны зависят от многих
факторов:
–
–
–
–
–
–
температуры,
давления,
электрических полей,
значения pH,
концентрации солей,
присутствия белков и их конформации.
Биологические мембраны
3
Функции мембран
• Барьерная:
• отделение клетки от окружающей среды,
• разделение внутреннего объема клетки на сравнительно
изолированные ‘отсеки’ (compartments),
• контроль проникновения в клетку и выход из нее метаболитов,
• внутриклеточная регуляция и передача сигналов и импульсов
между клетками.
• Функция «монтажной платы» или матрицы,
• Механическая,
• Создание среды для защиты гидрофобных белков от
водной атаки и обеспечения их функций,
• Запасание ряда биологически активных соединений
(арахидоната, холестерина, сфингозина, инозитолтрис-фосфата),
• Контроль работы мембранных белков.
Биологические мембраны
4
Состав мембран
Три класса
веществ
Белки
40-60% от общего
веса (согласно
некоторым данным
20-80% ).
В значительной мере
определяют свойства
мембран и их
функциональную
активность.
Липиды
(жиры)
3 основные группы:
фосфолипиды,
гликолипиды и стероиды.
Углеводы
Часть углеводов
представлена
свободными
олигосахаридами, а
часть входит в состав сложных липидов
(гликолипиды) или
сложных белков (гликопротеиды) .
Биологические мембраны
5
Липидный бислой
• Липиды клеточных
структур
эукариотических клеток
представлены 3
основными группами:
фосфолипиды,
гликолипиды и
стероиды.
• Распространение и
свойства фосфолипидов
изучены наиболее
детально.
Строение фосфотидилхолина
Биологические мембраны
6
Структура фосфолипида
7
Гликолипиды
Гликолипиды
клеточных мембран гликозильные
производные
церамида,
представлены
цереброзидами,
сульфатидами и
ганглиозидами.
Структура сфингомиелина (церамидфосфорилхолина).
Пунктиром обведена сфингозиновая
группировка.
Биологические мембраны
8
Стероиды
• Стероиды – спирты со
стерановым скелетом,
к которым относятся
как немембранные
липиды (из них
наиболее важны
гормоны), так и
компоненты мембран.
• В перечень
мембранных
компонентов
стероидного ряда
входят холестерин,
ситостерин,
тетрахименин.
Структура холестерина
Биологические мембраны
9
Фазовые состояния в мембранах
Биологические мембраны
10
Роль холестерина в биологических мембранах
Холестерол
играет роль
регулятора,
обеспечивающего
правильную
упаковку
липидной
части
мембраны,
необходимую
для ее
нормальной
работы.
Один из возможных способов взаимной укладки фосфолипида и холестерина в бислойной липидной мембране
Биологические мембраны
11
Образование доменов в искусственных мембранах
Впервые образование доменов в на искусственных мембранах
было продемонстрировано в 1999 году.
Биологические мембраны
12
Домены в биологических системах
Биологические мембраны
13
Кривизна мембраны
Формула Хелфрича (1973):
g
1
K B (c1  c2  c0 ) 2  K G c1c2
2
(1)
где K B - модуль изгиба,
K G - гауссовский модуль кривизны,
c0 - спонтанная кривизна.
Спонтанная кривизна – это кривизна мембраны в равновесном состоянии. Она
зависит от асимметрии мембраны (разного белкового и липидного состава
монослоев), потенциала, значения pH и т.д.
Биологические мембраны
14
Константа эластичности
Эластичность кривизны – величина, обратно пропорциональная модулю
кривизны (1).
В 1974 Эванс показал, что величина эластичности кривизны прямо
пропорциональна величине поверхностного сжатия.
Биологические мембраны
15
Изогнутые фазы
Биологические мембраны
16
Литература
1.
2.
3.
Болдырев А.А. Биомембранология [Текст]: учебное пособие. / А.А.
Болдырев, Е.И. Кяйвяряйнен, В.А. Илюха. – Петрозаводск: Кар НЦ
РАН, 2006. – 226 с.
Владимиров Ю.А. Биологические мембраны. Строение, свойства,
функции.
Heimburg T. Physical Properties of Biological Membranes. / T. Heimburg.
// arXiv:0902.2454v2 [physics.bio-ph] 16 Feb 2009.
Биологические мембраны
17