Биологические мембраны. Метаболизм мембран

1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ. МЕТАБОЛИЗМ МЕМБРАН.

2. План лекции

• Мембраны - главный структурный элемент
клетки, многообразие и функции мембран.
• Строение и состав мембран.
• Основные свойства мембран.
• Транспорт
веществ
через
мембрану.
Мембраны и здоровье.
• Метаболизм мембран. Перекисное окисление
липидов. Свободнорадикальная патология.

3. Жидкостно-мозаичная модель мембраны

Биологические мембраны – двумерные, вязкие,
пластичные комплексные структуры, построенные из
липидов, белков и углеводов.
1972 – Д. Сингер и Г. Николсон ( модель мембраны)

4. Функции мембран

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Структурная (ограничивает клетку и органеллы, деление на
компартменты)
Барьерная (избирательная проницаемость к различным
веществам)
Защитная (сохраняет клетку целой при умеренных
механических нагрузках и нарушениях осмотического
равновесия между клеткой и окружающей средой)
Транспортная (перенос веществ внутрь клетки и наружу из
клетки)
Информационная (передача сигнала через рецепторы
мембран для регуляции внутриклеточных процессов;
гликопротеины мембран служат антигенами, узнающие
другие клетки и чужеродные белки)
Ферментативная ( ферменты ЭТЦ)
Специфические функции (в нервных клетках благодаря
свойствам мембраны информация передается в виде нервных
импульсов, в миоцитах через мембрану опосредуется
мышечное сокращение).

5.

6.

ЛИПИДЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
1. Фосфолипиды:
• глицерофосфолипиды
• сфингофосфолипиды
2. Гликолипиды
3. Холестерол

7.

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ
Липидный рафт (липидный плот)
— микродомен липидного бислоя
клеточной мембраны,
обогащённый холестерином,
сфинголипидами.
Изображение поверхности
мембраны, полученное
сканирующим атомно-силовым
микроскопом: темное- жидкая
фаза липидов, более светлыелипидные рафты, приподнятые
над поверхностью на 1,8 нм

8.

Движение липидов
вращательное
Латеральная
диффузия
Флип-флоп

9. Функции липидов мембраны

1)
2)
3)
4)
Структурная(формируют
среду
для
функционирования
белков)
Являются
предшественниками
вторичных посредников
передачи гормонального
сигнала
(фосфотидилинозитол).
Якорная(к
ним
прикрепляются
специфические белки)
Активаторы ферментов
мембран.

10.

БЕЛКИ МЕМБРАНЫ
1. Периферические
2. Интегральные
3. Трансмембранные
.

11.

12.

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ
МЕМБРАН ТОЛЬКО В ВИДЕ КОМПЛЕКСОВ ИЛИ С
БЕЛКАМИ ИЛИ С ЛИПИДАМИ
1. ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ
КОНТАКТОВ
2. ПОВЫШЕНИЕ СПЕЦИФИЧНОСТИ
РЕЦЕПТОРОВ
3. УЧАСТИЕ В СИСТЕМЕ ИММУНИТЕТА

13.

СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
1. ТЕКУЧЕСТЬ
2. АСИММЕТРИЧНОСТЬ СТРОЕНИЯ
• асимметричность в строении липидного бислоя
•асимметричность в строении белков, входящих в состав мембран
3. ДИНАМИЧНОСТЬ
4. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

14.

ВИДЫ ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ
1. ПАССИВНЫЙ ТРАНСПОРТ- перенос молекул по
концентрационному или электрохимическому градиенту,
осуществляемый без затраты энергии.
2. АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ- перенос молекул против
градиента концентрации, сопряженный с затратой энергии
3. ЦИТОЗ- перенос крупных частиц вместе с частью
мембраны при последовательном образовании и слиянии с
плазматической мембраной везикул

15.

16.

АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
ПЕРИЧНО-АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
перенос веществ через мембрану
против градиента концентрации,
связанный с затратой энергии АТФ
ВТОРИЧНО-АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
перенос веществ против через мембрану
происходит за счет градиента
концентрации, созданного при первичноактивном транспорте других молекул
Структура Na+/K+-АТФ-азы

17. Варианты транспорта через мембрану

Унипорт – транспорт
через
мембрану
1
молекулы.
Котранспорт
–
сопряженный
перенос
двух различных веществ:
а) Симпорт (перенос
одного вещества зависит от
переноса другого вещества в
том
же
направлении,
например, Na и глюкоза)
б)Антипорт(в
противоположном
направлении,
например К и Na)

18.

19. Аквапорины

2003 – Питер Агр
Нобелевская
премия
• Водные каналы образуют в мембране тетрамеры,
мономеры которых функционируют как независимые
водные каналы.
• Транспорт воды через каналы легко осуществляется
в обоих направлениях.
• Аквапорины необходимы для восприятия света,
звука, процессов пищеварения, мочеобразования и
мочевыведения.

20. Состояние мембран и здоровье

• Мутации рецепторов,
• Опухолевая трансформация клеток
связана с повышением текучести
мембран,
• Некоторые токсины действуют через
ионные каналы,
• Возраст, привычки,
• Внешняя среда.

21.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА МЕМБРАН
1. Высокая скорость обмена компонентов
2. Метаболизм мембран включает те
обменные реакции, которые происходят с их
основными компонентами:
-распад белков мембран (вначале атакуются
молекулы белков, обращенные в сторону водной
фазы)
-синтез белков
-обновление липидов (прямой и обратный
транспорт ХС)
-распад липидов (фосфолипазы А1, А2, С и D)
-синтез фосфолипидов
3. Специфическая особенность - перекисное
окисление липидов (ПОЛ)

22.

Обмен мембранных липидов.
Особенности:
1. Процесс окисления липидов совершается
на
месте
в
составе
мембранной
структуры;
2. Преобразование мембранных липидов
идет по пути свободно радикального
окисления (СРО);
3. Индуктором этого процесса выступают
активные формы кислорода (АФК);
4. Процесс СРО происходит без участия
ферментов;

23.

СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛмолекулярная частица, у
которой на внешней орбитали
имеется хотя бы один
неспаренный электрон

24.

Источники:
1. Утечка электронов из ЕТЦ
2. металлы с переменной валентностью
3. ферментативные реакции- оксидазы аминокислот,
ксантиноксидаза, НАДФ-оксидаза
Прооксиданты- вещества или агенты, способные
генерировать активные формы кислорода.

25.

СТАДИИ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ

26.

ПРОДУКТЫ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ
ЛИПИДОВ

27. Физиологическая роль ПОЛ

• фактор регуляции химического состава
мембран и их фазового состояния,
• необходимый этап синтеза
эйкозаноидов,
• защитная функция (фагоцитоз).

28. Свободнорадикальная патология

Состояние мембраны при
оксидативном стрессе
заболевания

29.

Защита против ПОЛ
1.Ферментативная защита
-Супероксиддисмутаза (СОД) – Сu2+ и Zn2+содержащий
фермент,
устраняет
супероксидный радикал. Представлен во всех
тканях и имеет высокую активность.
О2˙- + О2˙- + 2Н+
Н2О2 +О2
-Каталаза – гемсодержащий фермент, также
представлен во всех тканях организма и в
крови. Обладает высокой активностью, не
нуждающейся в регуляции.
Н2О2
Н2О + О2

30. Глутатионовая защита

ROOH + 2 SH-Г → R-OH + Г-S-S-Г + Н2О
(Глутатионпероксидаза)
• Г-S-S-Г + НАДФН2 → 2Г-SH + НАДФ+
(Глутатионредуктаза)

31. Антиоксидантная система защиты:

Механизмы антиоксидантной системы направлены на:
1) Уменьшение образования АФК
2) Обрыв цепи ПОЛ
Вещества-антиоксиданты:
1. Вещества, уменьшающие концентрацию ионов
металлов переменной валентности:
Лимонная кислота
Барбитураты
Стероидные гормоны
Комплексоны- ферритин, транферрин, ЭДТА.

32.

2. Вещества - восстановители, содержащие
SH-группу:
Глутатион (глу-цис-гли)
Цистеин
3. Вещества-ловушки электронов (реагируют
с радикалами, образуя нетоксичные
соединения):
Витамины Е, С, А
Стероиды
Тироксин
Мочевая кислота

33.

34. Итог