Тема 1. Биологические мембраны. Структура, свойства и пути их изучения. Транспорт веществ.

Цель: Освоить стркутуру биологических мембран, их функции и назначение.

Знать методы исследования мембран. Ознакомиться с типами транспорта веществ через мембрану.

План лекции

· Виды биологических мембран и их функции. Виды мембранных липидов и их свойства.

· Свойства липидного монослоя. Бислойные липидные структуры. Холестерин. Динамика липидов в мембране. Фазовые переходы в мембране.

· Мембранные белки. Виды и функции мембранных белков. Структура биологических мембран. Искусственные мембраны.

• Транспорт веществ через биологические мембраны.
• Способы проникновения веществ в клетку. Виды транспорта.

Тезисы лекции:

Основу структуры любой мембраны представляет двойной липидный слой, который состоит из двух монослоев липидов. Гидрофобные “хвосты” обоих слоев направлены внутрь. При этом обеспечивается наименьший контакт гидрофобных участков молекул с водой. Наиболее вероятна следующая гипотеза: мембрана имеет жидко-кристалическую структуру т.е. фосфолипидная основа представляет собой двухмерный растворитель, в котором плавают белки. К искусственным мембранам относятся монослой липидов на границе раздела вода-воздух, липосомы, БЛМ (бислойная липидная мембрана). Физические методы изучения мембран: рентгеноструктурный анализ, спектроскопия, спектрофотометрия, спектрополяриметрия, круговой дихроизм и др. Электронная микрофотография плазматической мембраны эритроцитов показывает, что мембрана состоит из светлого слоя (фосфолипидный бислой) и двух темных полос (полярные головки и белки). Мембраны обладают высокой прочностью, устойчевостью, гибкостью, а также электроизоляционными свойствами. Пространственное перемещение массы, импульса, энергии, электрических зарядов и других физических величин относится к явлениям переноса. Существенные для биологических мембран явления переноса – перенос вещества и заряда. В биофизике больше используется термин «транспорт частиц». Транспорт веществ через клеточные мембраны имеет большое значение для медицины и биологии, так как нарушениями систем активного и пассивного транспорта объясняются причины многих заболеваний, а также действие лекарственных препаратов. При пассивным транспорте перенос вещества происходит по градиенту, т.е. молекулы и ионы переносятся из области повышенной концентрации в область пониженной. Поток вещества, переносимого при пассивном транспорте, зависит от градиента на мембране, от природы вещества (селективность), от строения и химического состава самой мембраны.

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция1)

Литература

1. Самойлов В.О. Медицинская биофизика, С-П,2007г.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика, Киев, 2004г.

3. Ремизов А.М. Медицинская и биологическая физика, М.,1987г.

4. Ливенцев Н.М. Курс физики, М.,1982г.

5. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики Уч. для вузов М. 2002., Дрофа

6. Ремизов А.М. Курс физики, электроники и кибернетики, М.,1982г.

Контрольные вопросы (обратная связь):

· Виды биологических мембран;

· Химический состав мембран.

· Каковы свойства липидного слоя и как происходят фазовые переходы в мембране.

· Назовите виды и функции мембранных белков.

· Искусственные мембраны - липосомы.

· Какие методы исследования структуры мембран вам известны.

· Какие типы транспорта веществ через биологические мембраны вам известны

· Назовите способы проникновения веществ в клетку.

·

2. Тема: Активный транспорт. Понятие электровозбудимости. Потенциалы покоя

Цель: Изучить ионный тип транспорта веществ через биологическую мембрану. Знать механизмы и активного транспорта. Понять механизмы возникновения биопотенциалов покоя. Знать методы регистрации потенциалов, возникающие в живом организме.

 

План лекции:

1. Транспорт ионов.

2. Ионный транспорт веществ в каналах.

3. Активный транспорт через биологические мембраны

4. Понятие электровозбудимости.

5. Потенциалы покоя и действия и их молекулярные механизмы.

6. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.

Тезисы лекции:

Для активного транспорта необходимо энергетическое обеспечение этого процесса. Организм получает энергию при постепенном окислении питательных веществ: жиров, белков и углеводов. Эта энергия запасается макроэргическими соединениями в форме химической энергии. Химический контакт организма с внешней средой осуществляется через эпителиальные ткани, которые покрывают внешнюю поверхность тела и выстилают пищеварительную и дыхательную системы. Эпителиальные ткани представляют собой много мембранные системы, в которых происходит активный и пассивный транспорт различных веществ.

. Разность потенциалов – это следствие пространственного разделения электрических зарядов противоположного знака. Постоянные разности потенциалов характерны для живых систем, находящиеся в стационарном состоянии, т.е. таких, в которых градиенты постоянно поддерживаются в результате обмена веществ. При быстром изменении и вновь восстановлении имеет место переходный процесс из одного стационарного состояния в другое. Различают потенциалы типа: электронного (при наличии свободных электронов), ионного (при наличии свободных ионов). Общепризнанной теорией, объясняющей возникновение и поддержание потенциалов на мембране, является теория А.Ходжкина

 

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 2)

 

Литература

1. Самойлов В.О. Медицинская биофизика, С-П,2007г.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика, Киев, 2004г.

3. Ремизов А.М. Медицинская и биологическая физика, М.,1987г.

4. Ливенцев Н.М. Курс физики, М.,1982г.

5. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики Уч. для вузов М. 2002., Дрофа

6. Ремизов А.М. Курс физики, электроники и кибернетики, М.,1982г.

 

Контрольные вопросы (обратная связь):

1. Какие существует механизмы транспорта ионов.

2. Каков механизм ионного транспорта веществ в каналах.

3. Как происходит активный транспорт через биологические мембраны.

4. Что такое электровозбудимость?.

5. Каков механизм возникновения потенциала покоя?.

6. Какие существуют методы измерения мембранного потенциала?.

7. Что такое микроэлектродная техника?.

Тема 3. Потенциал действия нервного волокна и других возбудимых тканей. Молекулярные механизмы.

 

Цель: Понять механизмы возникновения биопотенциалов действия. Знать методы исследования биопотенциалов, возникающих в живом организме.

План лекции

1. Генерация потенциала действия.

2. Методы изучения молекулярных механизмов электромеханических потенциалов мембран.

3. Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна.

Тезисы лекции :

Возникновение биологических потециалов, в основном, обусловленно неравенством концентрации ионов в системе. Раличают следующие биопотенциалы: диффузные, мембранные, фазовые (межфазовые), окислительно-восстановительные. Мембранный потенциал зависит от температуры и от концентрации градиента диффундирующих через мембрану ионов. Величина мембранного потенциала определяется уравнением Нернста.

Фактически, мембранный потенциал является результатом диффузии трех видов ионов: калия, натрия и хлора и определяется уравнением Гольдмана. Происходящее при возбуждении клеток и обусловленное изменением проводимости мембран для ионов называется потенциалом действия. Распространение потенциала действия по нервному волокну определяется телеграфным уравнением.

 

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 5)

Литература

1. Cамойлов В.О. Медицинская биофизика, С-П,2007г.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика, Киев, 2004г.

3. Ремизов А.М. Медицинская и биологическая физика, М.,1987г.

4. Ливенцев Н.М. Курс физики, М.,1982г.

5. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики Уч. для вузов М. 2002., Дрофа

6. Ремизов А.М. Курс физики, электроники и кибернетики, М.,1982г.

Контрольные вопросы (обратная связь):

· Каков механизм возникновения потенциала действия.

· Каков механизм генерации потенциала действия.

· Какие существуют методы изучения молекулярных механизмов электрохимических потенциалов мембран.

· Как распространяется потенциал действия по нервному волокну.