Презентация на тему "Механизм проницаемости биологических мембран.Строение и функции ионных каналов и переносчиков.Механизмы электрогенеза"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Выполнил :Саид Сабер Надим Факультет : ОМ Курс : 1 Группа: 040 – 02 Проверила : СРС По теме: Механизм проницаемости биологических мембран.Строение и функции ионных каналов и переносчиков.Механизмы электрогенеза .

• 
  Слайд 2
  

  Механизм проницаемости биологических мембран.Строение и функции ионных каналов и переносчиков.Механизмы электрогенеза

• 
  Слайд 3

  план

  Понятие о биологической мембране Проницаемость клеточных мембран Расчет кофэфициента проницаемости Ионные каналы в клеточной мембране Транспорт с участием переносчиков МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОГЕНЕЗА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ ГОЛЬДМАНА Вывод Использованная литература

• 
  Слайд 4
  
• 
  Слайд 5

  Биологическая мембрана

  Мембрана – это фаза или группа фаз, которые разделяют две различные фазы, отличающиеся физически или химически от фаз мембраны; под действием приложенного силового поля свойства мембраны позволяют ей управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами.

• 
  Слайд 6

  Двухфазная система, разделяемая мембраной

  Мембрана Движущая сила Фаза 1 Фаза 2 Сырье Пермеат ΔC, ΔP, ΔT, ΔE

• 
  Слайд 7

  Проницаемость клеточных мембран

  Проницаемостью биологической мембраны называют ее способность пропускать сквозь себя определенные вещества в той или иной степени.

• 
  Слайд 8
  

  Расчет мембранной проницаемости точнее коэффициента проницаемости () проводят по формуле :

• 
  Слайд 9
  
• 
  Слайд 10
  

  У ионов эта энергия находится в сильной зависимости от диэлектрической проницаемости(ԑ)сред,в которых они присутствуют,-среда с большой ԑ сильнее взаимодействует с ионами:W=f(ԑ).в постоянном электрическом поле ԑH2O=81, Ԑлипида=2-3.Следовательно,разность энергий( W),которыми обладает молекула данного вещества в воде и липиде,тем больше ,чем большн разница в диэлектрической (∆Ԑ)воды и липида. а поскольку проницаемости в формуле входит в показатель степени при основании натуральных логарифмов,то∆Ԑ влияет на очень сильно .

• 
  Слайд 11
  

  Потенциальный барьер ,который нужно преодолеть для переноса 1 иона из интерстиция в биомолекулярный липидный каркас биомембраны,рассчитывают по формуле Борна: -валентность иона; -заряд электрона; -радиус иона; -1,38*10-23Дж*К-1(постоянная Больцмана); T-абсолютная температура.

• 
  Слайд 12
  

  Расчет свидетельствует ,что для переноса через биомембрану одновалентного иона ,имеющего радиус 0,2нм .необходимо затратить энергию( ),равную ,чему соответствует =10-20 . .Это означает ,что переход ионов и других гтдрофильных веществ через липидный мембранный каркас не возможен.у гидрофобных веществ на много порядков больше ,и они растворяются в мембранных липидах. Поэтому механизмы переноса гидрофильных и гидрофобных веществ через биологтческие мембраны различаются коренным образом.

• 
  Слайд 13
  

  Гидрофильные вещества не способны перейти из водного раствора в липидный каркас клеточной мембраны.Для трансмембранного переноса у них есть две возможности:

  1.Одеться в гидрофобный «чехол» и в таком виде раствориться в липидной фазе мембраны (наподобие транспорта ионов калия валиминоцином)-так происходит транспорт гидрофильных веществ при помощипереносчиков 2.Пройти через такие места в биомембране ,где Ԑ велика;заметим ,что такую же величину,как в интертиции и в цитозоле ,Ԑ имеет в сквозных порах,заполненных водой ,т.е. в мембранных каналах –так происходит транспорт гидрофильных веществ по каналам в бомембране.

• 
  Слайд 14

  Ионные каналы в клеточных мембранах

  Roderick Mac KinnonНобелевская премия по химии, 2003 Ионный канал для K (бактерияStreptomyceslividans)

• 
  Слайд 15
  

  Основные свойства ионных каналов:1.селективность2.независимость характер проводимости3.Дискретный характер проводимости4.зависимость параметров каналов от мембранного потенциала Ряд разных соображений дали основание считать, что в мембране должны быть некоторые специальные структуры –проводящие ионы. Такие структуры были найдены и названы ионными каналами .подобные каналы выделены из различных объектов: плазматические мембраны клеток, постсинаптической мембраны мышечных клеток и других объектов. Известны также ионные каналы, образованные антибиотиками.

• 
  Слайд 16

  Селективность

  Способность ионных каналов избирательно пропускать ионы какого-либо одного типа. Еще в первых опытах на аксоне кальмара было обнаружено ,что ионы Na+и К+ по разному влияют на мембранный потенциал.ИоныК+ меняют потенциал покоя,а ионы NA+-потенциал действия.В модели Ходжкина-Хаксли это описывается путем введения независимых калиевых и натриевых ионных каналов.Предпологалось,что первые пропускают только ионы К+,авторые-толькоионыNa+.Для основного иона селективность принимают за 1.Например,для Na+ канала этот ряд имеет вид:Na+:К+=1:0,05

• 
  Слайд 17

  Независимость работы отдельных каналов

  Прохождения тока через от того, идет ли ток через другие каналы. Например , К+ каналы могут быть включены или выключены, но ток через Na+ каналы не меняются

• 
  Слайд 18

  Дискретный характер проводимости ионных каналов

  Ионные каналы представляют собой субъективный комплекс белков, пронизывающий мембрану. В центре его существует трубку, сквозь мембрану, сквозь которую могут проходить ионы. Количество ионных каналов на 1 мкм2. Поверхности мембраны определяли с помощью радиоактивно меченного блокатора натриевых каналов- тетродотоксина.

• 
  Слайд 19

  Зависимость параметров канала от мембранного потенциала

  Ионные каналы нервных волокон чувствительны к мембранному потенциалу, например натриевый и калиевый каналы аксона кальмара. Это проявляется в том, что после начала деполяризации мембраны соответствующие токи начинают изменятся с той или иной кинетикой

• 
  Слайд 20

  Структура ионного канала

  Ион-селективный канал состоит из следующих частей: погруженной в бислой белковой части, имеющей субъединичное строение; селективного фильтра, образованного отрицатель заряженными атомами кислорода, которые жестко расположены на определенном растоянии друг от друга и пропускают ионы только определенного размера; воротной части.

• 
  Слайд 21

  Схема строения натриевого ионного канала мембраны в разрезе

• 
  Слайд 22

  Транспорт с участием переносчиков

  Транспорт многих гидрофильных веществ (моносахаридов,аминокислот,некоторых ионов и др.)обеспечивают подвижные переносчики.Переносчики в БМ могут работать ,используя разные способы перемещения: Миграционный Ротационный Сдвиговый

• 
  Слайд 23

  Миграционный механизм

  Присущ переносчикам,размеры которых меньше,чем толщина БМ.Вместе с тем транспортерами могут служить крупные белковые молекулы и их комплексы,преобладающие насквозь липидный бислой.Они переносят вещества через БМ посредством ротации или сдвига на растоянии,равное толщине мембраны.

• 
  Слайд 24

  Ротационный механизм

  Заключается в перевороте крупной молекулы переносчика вокруг оси , лежащей в плоскости мембраны ,в результате чего транспортируемое вещество ,посаженое на один конец такой молекулы , оказывается на противоположной стороне БМ.Ротационный перенос требует значительных затрат энергии и может оказаться эффективным только в том случае ,если 1 молекула переносчика транспортирует одномоментно(за один поворот) много молекул переносимого вещества.

• 
  Слайд 25

  Сдвиговый механизм

  Более выгодным в энергетическом отношении является механохимический процесс в молекуле переносчика , заключающийся не в полном ее перевороте ,а в сдвиге отдельных областей относительно неподвижной части , причем с участком переносчика ,уходящим с поверхности в глубь мембраны ,в нее погружается и транспортируемое вещество. Это напоминает движение ленты транспортера

• 
  Слайд 26

  Схема работы мембранных переносчиков разных типов:

• 
  Слайд 27

  МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОГЕНЕЗА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ ГОЛЬДМАНА

   Модельэлектрогенезаживых тканейГолдмана, или модель Голдмана-Ходжкина-Катца, или уравнениеГолдмана-Ходжкина-Катца - одна из концептуальныхфизико-химических моделей, описывающих механизмы существования электромагнитных явлений в живой ткани.      Непосредственным источником электромагнитной энергии в любой клеткеорганизма является динамическийконцентрационный элемент, образованный цитоплазматической мембраной и растворамиионов, которые неравновеснораспределены между цитоплазмой и межклеточной жидкостью. Цитоплазматическая мембрана обладает неодинаковой проницаемостью для катионов и анионов и может изменяться в зависимости от разных причин. Процессыэлектрогенеза, протекающие на мембране являются стохастическими процессами.

• 
  Слайд 28
  

  Простейшей материальнойфизико-химической моделью, демонстрирующей механизмы электрогенеза в живых тканях является модель Нернста, а соответствующей простейшей математической моделью - уравнение Нернста. Эта простейшая модель рассматривает раствор только одной соли. Живые ткани содержат значительное число разных электролитов. Математической моделью, аналогичной модели Нернста, но описывающей механизмы электрогенеза с учетом наличия многих электролитов, является модель Гольдмана-Ходжкина-Катца: ЭДС=(RT:F)·ln((pК1CК1e+pК2CК2e+…+pA1CA1i…):(pК1CК1i+pК2CК2i+…+pA1CA1e…)).  Здесь, как и в модели Нернста: R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура растворов, F - число Фарадея, CK1 - концентрация катиона 1 (например, калия), CK2 - концентрация катиона 2 (например, натрия), CA1 - концентрация аниона 1 (например, хлора), pK - проницаемость мембраны для катиона, pA - проницаемость мембраны для аниона, индексы при символахCK1,…, CA1: i - на внутренней поверхности мембраны, e - на наружной поверхности мембраны.

• 
  Слайд 29
  

  Модель Голдмана, как и модель Нернста, основана на допущении, что мембрана обладает нерегулируемой проницаемостью для ионов, обусловленной размером пор мембраны. Авторы модели не делали допущений относительно сущности процессов на мембране. На основании того, что эта модель аналитическая (но не вероятностная), можно полагать, что авторы считали само собой разумеющимся, что процессы на мембране по своей сущности жестко детерминированы. Очевидно, что в действительности, процессы на мембране являются вероятностными. Полное их описание должно включать по крайней мере две функции: зависимостьматематического ожидания от концентраций и проводимостей как случайных переменных и зависимость дисперсии от тех же переменных. Помимо того, процессы на мембране не являются пассивными. Это активныеуправляемые процессы. В частности, движение ионов через плазмалемму клетки может осуществляться не только путем простой диффузии, но и путем активного транспорта (натриевый насос)

• 
  Слайд 30

  Вывод

  Проницаемость биологических мембран, важнейшее свойство биологических мембран (БМ), заключающееся в их способности пропускать в клетку и из неё различные метаболиты (аминокислоты, сахара, ионы и т.п.). П. б. м. имеет большое значение для осморегуляции и поддержания постоянства состава клетки, её физико-химический гомеостаз; играет важную роль в генерации и проведении нервного импульса, в энергообеспечении клетки, сенсорных механизмах и др. процессах жизнедеятельности. П. б. м. обусловлена особенностями строения БМ, являющихся осмотическим барьером между клеткой и средой, и служит характерным примером единства и взаимосвязи между структурой и функцией на молекулярном уровне.

• 
  Слайд 31

  Использованная литература

  Медицинская биофизика,В.А.Самойлов,Санкт-Петербург,СпецЛит,2007г Биофизика,В.Ф.Антонов,Москва,Владос, 2006 г Большая советская энциклопедия Интернет