Клетка. Лекция 3. Биофизика

1. Лекция

1

2. Клетка

2

3. История

В 1935 году Даниели и
Давсоном, предложили так
называемую “бутербродную”
модель
строения
биологических
мембран,
которая
с
некоторыми
несущественными
изменениями продержалась в
мембранологии в течении
почти 40 лет. Согласно этой
модели,
на
поверхности
фосфолипидного бислоя в
мембранах
располагаются
белки.
3

4. Приблизительная схема опытов Гортера и Гренделя

1. Выделили липиды из определенного количества эритроцитов (n).
2. Приготовили монослой липидов на поверхности воды и
определили площадь
монослоя Am. Рассчитали площадь монослоя липидов,
содержащихся в одном эритроците:
Am
S = A /n.
m
m
3. Измерили размер и форму
эритроцита под микроскопом.
Рассчитали поверхность одного эритроцита Se
Se
4. Чтобы выяснить, сколько слоев липидных молекул составляют мембрану
эритроцитов,
разделили площадь монослоя липидов, образующих мембрану эритроцита
Sm,
на площадь поверхности эритроцита Se.
Липидный бислой
Оказалось, что Sm / Se= 2
Вывод: мембрана эритроцита состоит из двух слоев фосфолипидов
4
© 2012 Ю.А. Владимиров (ФФМ МГУ)

5.

5

6.

6

7. Метод дифракции рентгеновских лучей

7

8.

Рентгенограмма монокристалла
гемоглобина,
который вращали при
фотографировании
8

9. Электронная микроскопия

9

10.

Рис. 23.
10

11. Структура мембраны

11

12.

Функции некоторых цитоплазмаических и
внутриклеточных мембран в организме человека
Клетки
Все клетки
Большинство
клеток
Нервные и
мышечные
клетки
Большинство
клеток (кроме
эритроцитов)
Большинство
клеток (кроме
эритроцитов)
Клетки
зрительного
эпителия
Мембраны
Функция
Активный транспорт ионов K+, Na+,
Ca2+, подержание осмотического
равновесия
Связывание гормонов и включение
механизмов внутриклеточной
сигнализации
Клеточные
Генерация потенциалов покоя и
действия, распространение
потенциала действия
Внутренняя
Перенос электронов на кислород и
мембрана
синтез АТФ (окислительное
митохондрий
фосфорилирование)
Эндоплазматическ Перенос ионов кальция из
ий ретикулум
клеточного сока внутрь везикул
Клеточные
(цитоплазматическ
ие)
Клеточные
Мембраны
зрительных
дисков
© 2012 Ю.А. Владимиров (ФФМ МГУ)
Поглощение квантов света и
генерация внутриклеточного сигнала
12

13.

13

14. Липиды

R–CH2OH R–CHO
Спирты Альдегиды
RH R–CH(OH)–CH(NH2)–CH2OH.
Углеводороды Сфингозиновые основания
Липиды
Три крупные группы липидов, различаются по химическому строению: I – простые липиды; II –
сложные липиды; III – оксилипины.
В группу I наряду с жирными кислотами входят соединения, содержащие одну длинную
углеводородную цепь с функциональной группой, образованной из карбоксильной, или
утратившие карбоксил.
Липиды группы II построены из нескольких блоков, соединенных между собой связями,
расщепляющимися при гидролизе, чаще всего сложноэфирными или амидными. В этих липидах
могут быть и простые эфирные связи. Сложные липиды обычно делят на две подгруппы,
которые называют: А – нейтральные липиды и Б – полярные липиды.
Липиды группы III- оксилипины образуются не из любых жирных кислот, как липиды групп I и II,
а только из некоторых полиеновых, в первую очередь содержащих 20 углеродных атомов. В
литературе липиды группы III чаще всего называют эйкозаноидами, из которых наиболее
известны простагландины.
Термин «оксилипины» предложили в 1991 году шведские и американские ученые. Он говорит о
содержании в молекулах кислорода и их принадлежности к липидам.
14
Амфифильность — свойство молекул веществ (как правило, органических), обладающих одновременно лиофильными (в
частности, гидрофильными) и лиофобными (гидрофобными) свойствами

15.

15
Филиппов А.В., Рудакова М.А., Гиматдинов Р.С., Семина И.Г. Диффузия
липидов в биологических мембранах. Учебное пособие для студентов третьего
и четвертого курсов специализации «Медицинская физика» физического
факультета. Казань 2006.

16. Липиды мембраны

16
Амфифильность — свойство молекул веществ (как правило, органических), обладающих одновременно лиофильными (в
частности, гидрофильными) и лиофобными (гидрофобными) свойствами

17.

17

18.

Распределение липидов между наружной (а) и внутренней (б) сторонами бислоя в
мембранах эритроцитов (I), вируса гриппа (II) и саркоплазматического ретикулума
кролика (III). Фл - общие фосфолипиды; Фх - фосфатидилхолин; Фэ фосфатидилэтаноламин; Фс - фосфати-дилсерин; См - сфингомиелин; Фи фосфатидилинозит.
18

19. Липидные кристаллы

А
Б
Упаковка молекул в кристалле 1, 2-дилауроил фосфатидилэтаноламина (по данным рентгеноструктурного анализа). Вид на
плоскость монослоя. Кружочки – атомы полярных групп, черточки – химические связи.
19

20.

а
20

21. Плавление монослоя при заданном давлении

1
2
21

22. Фазовое состояние систем липид – вода, структуры фаз

Фазовая диаграмма системы яичный лецитин
(фосфатидилхолин) – вода
в координатах концентрация воды – температура
Схематическое изображение различных фаз
водно-липидных систем. А. ламелярная гель
- фаза. Б. ламелярная жидкокристаличская
фаза. В. гексагональня фаза типа II. Г –
Гексагональная фаза типа I.
22

23. Искусственные бислойные мембраны

23

24. Самосборка липидных молекул

Различные виды липосом:
мультиламеллярные везикулы (МЛВ),
большие моноламеллярные везикулы
(БМЛ), олиголамеллярные везикулы
(ОЛВ), олиговезикулярные липосомы
(ОВЛ), малые моноламеллярные
везикулы (ММВ), дискомы —
дискообразные липосомы, тубулярные
трубчатые везикулы.
24

25. Плоские бислойные липидные мембраны

25

26. Формирование

26

27. Фазовые переходы в мембранах

Углеродные цепи
27

28. Фазовые переходы в мембранах липиды

А — кристаллическое состояние (твердое0, Б - после включения холестерина,
В - Расплавленное состояние (жидкое)
28

29.

29