Презентация на тему "Поверхностный мембранный потенциал Равновесие Доннана"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Поверхностный мембранный потенциал Равновесие Доннана

  Выполнил: Магистрант I курса Минайчев В. В.

• 
  Слайд 2

  План

  I. Электрический заряд мембран II. Поверхностный потенциал мембран и его значение III. Метод флуоресцентных зондов как способ изучения поверхностного потенциала мембран IV. Доннановское равновесие и его значение

• 
  Слайд 3
  

  Проницаемость мембран для различных веществ, работа мембранных ферментов и рецепторов непосредственно зависят от физических свойств липидной фазы мембраны: поверхностного заряда и межфазного скачка потенциала, микровязкости и способности растворять в себе различные соединения

  Электрический заряд мембран

• 
  Слайд 4
  

  Поверхностный заряд мембраны создается заряженными фосфолипидами, гликолипидами и гликопротеидами, которые придают мембранам преимущественно отрицательный заряд. Отрицательным зарядом обладают и другие мембранные компоненты, например ганглиозиды или белки. Так, суммарный отрицательный заряд мембран тилакоидовпластид в основном обусловлен белками

• 
  Слайд 5
  

  Фосфолипиды

• 
  Слайд 6

  Поверхностный потенциал мембраны

  Поверхностный потенциал мембраны обусловлен фиксированными зарядами мембраны, образованными диссоциированными группами в полярных головках липидов, а также ионизируемыми группами аминокислот, входящих в состав структурных белков мембраны. Фиксированные на поверхности мембраны заряды и притягивающиеся к ним противоионы образуют двойной электрический слой.

• 
  Слайд 7
  

  Если поверхностная концентрация одновалентных заряженных групп равна σ кмоль/м2, то на границе мембрана – вода создается межфазный скачок потенциала того же знака, что и заряд на мембране. Величина этого межфазного потенциала φsсвязана с σ уравнением Гуи-Чепмена, которое в системе СИ имеет вид: где R – газовая постоянная, F – число Фарадея, NA – число Авогадро, с –молярная концентрация одновалентного электролита в среде (например КС1 или NaCl), ε – абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная произведению относительной диэлектрической проницаемости (для воды она равна приблизительно 80) на электрическую постоянную ε0; φs– потенциал в безразмерной форме. При анализе уравнения становится ясно, что чем больше σ, тем выше φs

• 
  Слайд 8

  Значение заряда мембраны и поверхностного мембранного потенциала

  Наличие заряда мембраны важно для стабильности мембранных структур (которые при нейтрализации зарядов начинают слипаться друг с другом), а также для связывания органических и неорганических ионов; Распределение электрического потенциала в мембране и у её границ можно считать главным фактором, определяющим направление и скорость переноса ионов через мембрану. В частности, разность потенциалов Δφ – основная движущая сила переноса ионов через мембрану; Величина межфазного потенциала (называемого иногда поверхностным потенциалом) имеет большое значение для связывания ионов мембраной.

• 
  Слайд 9
  

  Метод флуоресцентных зондов как способ изучения поверхностного потенциала мембран

  Экспериментальное изучение поверхностного потенциала мембран и его изменения в патологии или при действии лекарственных препаратов, например местных анестетиков, может проводиться рядом методов, включая метод флюоресцентныхзондов.

• 
  Слайд 10
  

  Флуоресцентный зонд представляет собой флюоресцирующую молекулу, которая находится в липидном слое мембраны или же адсорбируется на ее поверхности. Параметры флюоресценции зонда зависят от свойств непосредственного окружения молекул зонда в мембранах: вязкости полярности среды; близости заряженных групп; наличия различных молекул – акцепторов энергии электронного возбуждения; диффузии молекул – тушителей флюоресценции, в частности воды.

• 
  Слайд 11
  

  Структура некоторых флюоресцентных зондов, применяемых при изучении биологических мембран

  Диметиламинохалкон (ДМХ) 3-метоксибензатрон (МБА) Пирен 1-анилино-нафталин-сульфонат

• 
  Слайд 12
  

  Важной характеристикой мембраны является распределение зонда между мембраной и окружающей водной средой. Это распределение зависит от потенциала поверхности мембраны Δφ, если сам зонд заряжен, и от сродства зонда к мембране. Например, применяя отрицательно заряженный зонд АНС, можно изучать изменение поверхностного потенциала мембран φs, так как флюоресцирует только связанная с мембраной форма этого красителя и общая интенсивность флуоресценции системы увеличивается с увеличением φs.

• 
  Слайд 13
  

  Поверхностный потенциал мембран влияет также и на связывание ионов, например кальция. При этом измерение связывания кальция мембранами можно проводить с помощью другого флюоресцентного зонда – антибиотика тетрациклина, поскольку комплекс кальция с тетрациклином в липидном окружении обладает более яркой флюоресценцией, чем со свободным тетрациклином в водной фазе. Таким образом, флуоресцентные зонды и метки являются удобным инструментом для исследования биологических мембран и поверхностного мембранного потенциала.

• 
  Слайд 14
  

  Мембранное равновесие (Доннана равновесие) – равновесие, устанавливающееся между двумя растворами, разделенными мембраной, непроницаемой хотя бы для одного вида ионов, находящихся в одном из растворов. Доннановское равновесие Фредерик Джордж Доннан (1870-1956)

• 
  Слайд 15
  

  Как показал Доннан (F. D. Donnan), при установлении мембранного равновесия диффундирующий через мембрану электролит распределяется по обе стороны мембраны неравномерно: его концентрация в растворе, содержащем непроникающие через мембрану ионы, будет меньше, чем в растворе по другую сторону мембраны.

• 
  Слайд 16
  

  Установление равновесия Доннана в живой клетке Этап 1 Этап 2

• 
  Слайд 17
  

  Доннан показал, что это передвижение ионов будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесие, и равновесие это описывается следующим уравнением: [K+]out[Cl-]out=[K+]in[Cl-]in   = На этапе 1: = На этапе 2: =  

• 
  Слайд 18
  

  Равновесие Доннана выведено для условия электронейтральности обоих растворов. Однако на этапе 2 не сохраняется осмотическое равновесие, так как по внутреннюю сторону мембраны раствор электролита более концентрированный. Для того чтобы разбавить этот раствор, вода диффундирует в клетку. В результате с внутренней стороны мембраны создается избыточное гидростатическое, или осмотическое давление. Этап 2

• 
  Слайд 19
  

  В растительных клетках осмотическое давление несколько выше, чем в окружающей среде, но эти клетки не разрываются, так как их стенки окружены плотной оболочкой из целлюлозы. В животных клетках осмотическое равновесие в животных клетках достигается благодаря тому, что недостаток электролитов в наружной среде компенсируется NaCl (этап 3). Na+ не может входить в клетку, так как мембрана для него относительно непроницаема. Благодаря этому Na+, содержащийся во внеклеточной среде, уравновешивает осмотическое давление внутриклеточных органических анионов. Этап 3

• 
  Слайд 20
  

  Значение Доннановского равновесия Все биологические мембраны полупроницаемы: в нормальных условиях проницаемы для неорганических солей и воды и непроницаемы для белков и полисахаридов. Этот эффект является одной из причин неравномерного распределения ионов вне и внутри клетки. Мембранное равновесие играет большую роль при распределении ионов между клетками и окружающей их средой, при возникновении биопотенциалов, при набухании тканей и др. Мембранное равновесие необходимо учитывать при рассмотрении проницаемости мембран, при измерении осмотического давления растворов высокомолярных веществ.

• 
  Слайд 21

  Список литературы

  Владимиров Ю. А. и др. Биофизика: Учебник. – М.: Медицина, 1983, 272 с. ил. Геннис Р. Биомембраны: молекулярная структура и функции: Пер. с англ. – М.: Мир, 1997. – 624 с., ил. Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: В 3т. Т. 3. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 536 с., ил. Шеперд Г. Нейробиология: в 2-х т. Т. 1 Пер. с англ. – М.: Мир, 1987. 454 с., ил.

• 
  Слайд 22

  Спасибо за внимание!