Биомембраны и ионные насосы

21 Июля в 0:11 2919 0


В настоящее время в изучении биомембран накоплен обширный экспериментальный материал, основанный па последних достижениях инструментальных методов анализа. Эти исследования привлекают очень большой интерес научного сообщества. В последнее время такие работы отмечены несколькими Нобелевскими премиями по химии и физиологии-медицине. Поэтому здесь дано лишь общее представление об этом предмете, которое необходимо для понимания подходов бионеорганики к процессам в организме. Основными вспомогательными материалами для главы явились данные В.К. Подымова и СП. Гладких (1980), СМ. Мартиросова (1981), Р. Геннис (1997).

В результате прошедшей более 3,5 млрд. лет назад химической эволюции возникли живые системы, и все они функционируют по одним и тем же законам. Процессы метаболизма при всем многообразии их проявлений базируются на одних и тех же принципах. Все биосистемы, от популяций до отдельных органелл клетки, способны накапливать необходимые продукты питания и выводить отработанные вещества в соответствии с генетически заложенной активностью определенных ферментов. Механизмы переноса веществ и энергии у живых систем, как и передача генетической информации, имеют универсальный характер.

Только система, которая обменивается с окружающей средой энергией, информацией и веществом, способна поддерживать свое стационарное состояние — гомеостаз. Клетка и организм в целом гибнут, когда теряется способность управлять потоками продуктов питания, энергии и информации. Частичное нарушение этой способности проявляется в виде патологических состояний, болезней.

Клетки эукариот пронизаны разного рода мембранами структурных компонентов, которые осуществляют основные функции жизнедеятельности. Схематично клетка животных представлена на рис. 1 (Фаллер, Шилдс, 2004).

Структура мембраны

Рис. 1. Структура мембраны

Связь организмов с внешним миром осуществляет универсальная структура, имеющаяся у всех живых существ — биологическая мембрана. Под этим термином понимают белково-липидные структуры толщиной не более 10 нм, расположенные на поверхности клеток и внутриклеточных частиц, то есть разделяющие клетку на отдельные компартменты. Обладая избирательной проницаемостью, биомембраны участвуют в регуляции всех процессов метаболизма в клетке. Среди них — связи и взаимодействия между внутренней и наружной сторонами компартмента, в частности, в виде:

  • репликации ДИК,
  • биосинтеза и секреции белков,
  • биоэнергетических процессов (окислительное фосфорилирование — ОФ — на мембранах митохондрий),
  • функционирования систем гормонального ответа, поскольку па мембранах расположены рецепторы гормонов и нейромедиаторов.

Биологическая мембрана схематически представляет собой полупроницаемую оболочку, состоящую из двух слоев молекул липидсодержащих комплексов (рис. 2).

Структура мембраны еще

Рис. 2. Структура мембраны

Липидный бислой формируется спонтанно, его устойчивость обусловлена не ковалентными связями, а законами термодинамики. Структура биомембраны жидкостно-мозаичная, что объясняет быстрое изменение ее функций при воздействии даже слабых магнитных и электромагнитных полей. Молекулы, которые содержат одновременно гидрофильные и гидрофобные группы (амфифильные), повернуты к воде полярными головками, а друг к другу — неполярными углеводородными хвостами, то есть мембрана имеет гидрофильную поверхность и гидрофобную сердцевину. Такая структура препятствует простому проникновению в клетку веществ из среды по законам диффузии.

Информацию через мембраны передают специализированные структуры — рецепторы. Антиэнтропийное действие мембран обеспечивают главным образом ионные насосы. Взаимодействие компонентов биомембран с металлами на разных стадиях обмена вносит заметный вклад в синтез отдельных компонентов, стереохимию активных центров рецепторов и функционирование ионных насосов. Какие-либо нарушения в образовании, структуре и деятельности биомембран сказываются на жизнедеятельности всего организма, проявляясь в виде разного рода болезней.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 73651 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19250 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17042 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы