Элементы физики биомембран
жүктеу/скачать 1,2 Mb.
|
Жасуша биофизикасы
- Бұл бет үшін навигация:
- Мембраналардың (БМ), құрылысы, қасиеттері
|
Жасуша биофизикасы Өздігінен өмір сүруге, дамуға және көбеюге қабілетті қарапайым тірі жүйе – тірі жасуша – барлық жануарлардың, өсімдіктер мен микроорганизмдердің құрылымының негізі. Жасушаның (және жасушалық органеллалардың) тіршілік етуінің маңызды шарттары, бір жағынан, қоршаған ортаға қатысты автономиялығы (зат өзін қоршаған ортаның затымен араласпауы керек, жасушадағы және оның жеке бөліктеріндегі химиялық реакциялардың дербестігі сақталуы керек); екінші жағынан, қоршаған ортамен байланысы (жасуша мен қоршаған орта арасындағы зат пен энергияның үздіксіз, реттелетін алмасуы). Тірі жасуша- термодинамикалық ашық жүйе. Қоршаған ортадан автономиялығы мен қоршаған ортамен тығыз байланысының бірлігі тірі ағзалардың, оларды ұйымдастырудың барлық деңгейінде жұмыс істеуінің қажетті шарты болып табылады. Сондықтан жасушаның, демек тіршіліктің маңызды шарты- биологиялық мембраналар. Мембраналардың (БМ), құрылысы, қасиеттері Биологиялық мембраналар жасушаларды және жасушаішілік органеллаларды шектейтін құрылымдар (жасушалық немесе плазмалық мембрана, плазмалемма). Прокариоттарда (бір жасушалы тірі организмдер) тек жасушаның мембранасы болады. Эукариоттарда (жасушалары мембранамен шектелген ядролардан тұратын бір немесе көп жасушалы организмдер) тек жасуша ғана емес, сонымен қатар ядролар, митохондриялар, лизосомалар және т.б. мембранамен қоршалған. Мембраналар эндоплазмалық ретикулум мен Гольджи кешенінің тармақталған желісін құрайды. Мембрананың мынадай қасиеттері бар: созылғыштық эластикалық жиырылуға қабілетті беттік керілуі төмен жақсы өткізгіштік аққыштық тұтқырлық. Барлық жасуша мембраналары көбінесе липидтерден, ақуыздардан, көмірсулардан тұрады, көмірсулар ақуыздармен (гликопротеидтер) және липидтермен (гликолипидтер) қосылыстар түзеді. Мембрананың негізін (матрицисын) фосфолипид (ФЛ) молекулалары құрайды. Олардың әрқайсысының полярлы басы (денесі) және полярлы емес құйрықшалары (көбінесе екеу) болады (сурет 1). Сурет 1. Полярлы басы мен полярлы емес құйрықшалардан тұратын су молекуласы (сол жақта) мен фосфолипид молекулалары. Бастары гидрофильді, ал май қышқылдарынан тұратын құйрықшалары гидрофобты. Липидтердің бастары электрлік зарядталған немесе бейтарап, бірақ олардың дипольдік моменті бар. Яғни кез-келген жағдайда олар айналасында электр өрісін тудырады. Олар полярлы еріткіштермен (сумен) жақсы әрекеттеседі, сондықтан липидтің басы гидрофильді бөлігі деп аталады. Фосфолипид молекулаларының бастарында фосфат және холин топтары бар, сондықтан полярлы. Май қышқылдарынан тұратын құйрықшалар гидрофобты, полярлы емес. Олар полярлы емес заттармен және еріткіштермен жақсы әрекеттеседі, бірақ сумен нашар әрекеттеседі. Судағы полярлы емес молекулалардың мұндай әрекеті (гидрофобтығы) олардың су молекулаларына қарағанда бір-бірімен әрекеттесуі энергетикалық тұрғыдан неғұрлым тиімді е кендігіне байланысты. Соның нәтижесінде олар судан тебіледі. Нәтижесінде су бетіне жағылған амфифилді липидтер жұқа мономолекулалық қабат түзеді. Сонда липидтердің бастары сумен әрекеттеседі, ал құйрықшалары кері қарай, яғни судан алысырақ бағытталады. Сурет 2. Фосфолипидтік қосқабат. Су ерітіндісінде фосфолипид молекулалары өздігінен жиналып, қос қабатты (биқабатты) құрайды. Осы кезде гидрофильді бастары суға қараған беттерде орналасады, ал гидрофобты құйрықшалары бір-біріне бағытталып, ішкі аймақтан су молекуласын ығыстырады. Мембрананың жалпы қалыңдығы шамамен 8-9 нм. Липидтік қосқабаттың (биқабат) қалыңдығы шамамен 4-5 нм. Липидтік биқабаттың тұтқырлығы 30-100мПа*с, судан 30-100 есе жоғары, беттік керілуі 0,03-1 мН/м, судан төмен. Мембрана тек фосфолипид молекулаларынан ғана емес, ақуыздар молекулаларынан да тұрады. Мембранадағы ақуыздар биқабатта (интегралдық ақуыздар) орналасады. Мембраналық ақуыздар әдетте мембранамен ковалентті емес өзара әрекеттесу арқылы байланысады: гидрофобты немесе электростатикалық. Әдетте барлық мембраналық ақуыздар 2 түрге бөлінеді: сыртқы (перифериялық) және ішкі (интегралдық). И нтегралдық ақуыздар мембранаға жартылай батырылып немесе оны жарып орналасады (теседі, кейде бірнеше рет). Перифериялық ақуыздардың молекулалары негізінен мембрананың ішкі бетінде, биқабат ішіне енбей орналасады және олар мембрананың ішкі бетінде электростатикалық өзара әрекеттесу мен сутегі байланысы арқылы ұсталып тұрады. Физикалық және химиялық зерттеу әдістерімен алынған нәтижелердің жиынтығы биологиялық мембраналар құрылымының жаңа моделін, яғни сұйықтық- мозаикалық моделін ұсынуға мүмкіндік берді. Липидтер физиологиялық жағдайда сұйық агрегаттық күйде болады, бұл мембрананы ақуызды "мұздықтар" жүзіп жүрген фосфолипидті теңізбен салыстыруға мүмкіндік береді. Сұйықтық- мозаикалық модельді растаудың бірі- химиялық талдаумен анықталғандай, әр түрлі мембраналарда ақуыздар мен фосфолипидтердің құрамының арақатынасы айтарлықтай өзгеше болуы: миелин мембранасындағы ақуыздар саны липидтерге қарағанда 2,5 есе аз, ал митохондрияда, керісінше, ақуыздар липидтерге қарағанда 2,5 есе көп. Ал "бутербордты" (сэндвич) модельге сәйкес барлық мембраналардағы ақуыздар мен липидтер мөлшерінің қатынасы бірдей болуы керек. Фосфолипидтер мен ақуыздардан басқа, биологиялық мембраналарда басқа химиялық қосылыстар да бар. Жануарлар жасушаларының мембраналарында холестерин көп (фосфолипидтер мен ақуыздармен салыстырмалы мөлшерде). Мембраналарда гликолипидтер, гликопротеидтер сияқты басқа заттар да бар. Мембрана құрылымының сұйықтық- мозаикалық моделі қазіргі уақытта жалпы қабылданған. Алайда, кез-келген модель сияқты, ол мембрана құрылымының жеңілдетілген және схемалық бейнесін береді. Атап айтқанда, ақуызды "айсбергтер" липидті теңізде әрдайым еркін жүзе бермейтіні, бірақ жасушаның ішкі (цитоплазмалық) құрылымдарына "бекініп тұруы" мүмкін екендігі анықталды. Мұндай құрылымдарға микрофиламенттер мен микротүтікшелер жатады. Микротүтікшелер- диаметрі шамамен 300 нм болатын қуыс цилиндрлер. Олар ерекше тубулин ақуызы, жасушаның жұмысында маңызды рөл атқарады. М ембраналық ақуыздардың құрылымы туралы қазіргі тұжырымдамаларға сәйкес олардың полипептидтік тізбегі липидті биқабаттың полярлы емес аймағымен жанасқанда полярлы емес гидрофобты бет түзілетіндей етіп орналасқан. Ақуыз молекуласының полярлы немесе зарядталған домендері биқабаттың бетіндегі липидтердің полярлы бастарымен әрекеттесе алады. Көптеген ақуыздар трансмембраналық болып табылады және биқабатты тесіп өтеді (сурет 3). Сурет 3. 1- фосфолипидті биқабат, 2 –интегральды ақуыздар, 3- перифериялық ақуыздар, 4 – фосфолипид бастары, 5- фосфолипид құйрықшалары. жүктеу/скачать 1,2 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|