Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Строение и свойства биомембран
|
|
К биомембранам относят плазматические мембраны клеток, ядерную мембрану, мембраны эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи, мембраны лизосом, пероксисом, митохондрий, хлоропластов, суперкапсиды вирусов, а также некоторые специализированные мембраны отдельных организмов. Все они имеют классическую структуру – липидный бислой с вкраплениями белковых молекул, и можно говорить, что принципиально их структурная организация не различается.
Биомембраны выполняют различные функции:
1) ограничивающую: биомембраны окружают все про- и эукариотические клетки, обосабливая живое от неживого или отдельные клетки в многоклеточном организме, а также содержимое отдельных органелл в эукариотических клетках, что позволяет в каждой из них осуществляться специфическим процессам;
2) барьерную: биомембраны – это высокоизбирательный барьер для большинства веществ, стремящихся попасть в клетку (органеллу) или покинуть ее;
3) обусловливают индивидуальность клеточных поверхностей, что особенно важно для многоклеточных животных организмов, лишенных клеточных стенок. Это позволяет клеткам взаимодействовать между собой, формируя органы и ткани;
4) только на мембранах осуществляются такие процессы запасания энергии, как окислительное и фотофосфорилирование;
5) многие ферментативные реакции осуществляются только в мембранах, и биомембраны воздействуют на активность многих ферментов;
6) только на мембранах осуществляются генерация и перенос нервных импульсов, мембраны обладают рецепторной функцией;
7) обязательного участия мембран требуют такие жизненно важные процессы, как синтез белка, репликация ДНК, модификация и секреция белков, регуляция метаболизма, основанная на гормональном ответе.
Биомембраны представляют собой природные пленки толщиной 5 - 7 нм, состоящие в основном из липидов (фосфо-, гликолипидов и холестерина), которым принадлежит структурная функция, и белков, определяющих разнообразие мембран и уникальность их свойств. Кроме того, в состав мембран входят углеводы, присутствующие там в составе гликолипидов и гликопротеинов. Для объяснения организации биомембран предложено несколько моделей, из которых общепринятой в настоящее время считается жидкостно-мозаичная модель С. Дж. Сингера и Г. Л. Николсона, предложенная в 1971 г. Согласно этой модели (рис. 32), основой мембран служит текучий липидный бислой, в котором остатки жирных кислот фосфолипидов находятся в жидкокристаллическом состоянии. В бислой погружены и встроены молекулы белков, также способные к движению.
Рис. 32. Строение цитоплазматической мембраны
Анализ строения липидов. Процедура выделения липидов из биологического материала включает следующие стадии:
– измельчение биологического материала до гомогенного состояния (гомогенизация);
– перевод липидов в растворенное состояние (экстракция);
– освобождение липидного экстракта от нелипидных примесей;
– разделение водной и органической фаз;
– высушивание липидного экстракта.
Липиды, выделенные из биологического материала, представляют собой сложную смесь. Наиболее эффективными и широко применяемыми методами качественного и количественного анализа компонентного состава смесей липидов являются методы газо-жидкостной и тонкослойной хроматографии. Последняя применяется только для качественного анализа липидов.
Тема 10. Стероиды
Стероиды – сложные жирорастворимые вещества, молекулы которых содержат в своей основе циклопентанпергидрофенантрен (по своей сути – тритерпен). Основной стерол в тканях животных – спирт холестерин (холестерол). Холестерин и его эфиры с длинноцепочечными жирными кислотами – важные компоненты липопротеинов плазмы, а также наружной клеточной мембраны. Из-за того, что четыре конденсированных кольца создают жесткую структуру, присутствие холестерина в мембранах регулирует текучесть мембран при экстремальных температурах. В растениях и микроорганизмах содержатся родственные соединения – эргостерин, стигмастерин и β -ситостерин.
холестерин
| 
эргостерин
|
стигмастерин
| 
β -ситостерин
|
Из холестерина в организме образуются желчные кислоты. Они обеспечивают растворимость холестерина в желчи и способствуют перевариванию липидов в кишечнике.
холевая кислота
Из холестерина образуются также стероидные гормоны – липофильные сигнальные молекулы, регулирующие обмен веществ, рост и репродукцию. В организме человека основными являются шесть стероидных гормонов.
 кортизол
| 
альдостерон
|
 тестостерон
| 
эстрадиол
|
 прогестерон
| 
кальцитриол
|
Кальцитриол – витамин D, обладающий гормональной активностью, он отличается от гормонов позвоночных, однако также построен на основе холестерина. Кольцо В раскрывается за счет светозависимой реакции.
Производным холестерина является гормон линьки насекомых, пауков и ракообразных – экдизон.
экдизон
Стероидные гормоны, выполняющие сигнальную функцию, встречаются также в растениях.
Тема 11. Витамины
Витамины – это низкомолекулярные органические соединения, выполняющие в организме человека жизненно важные функции, чаще каталитические и регуляторные.
Большинство витаминов не может накапливаться или синтезироваться в организмах человека и животных, поэтому они должны поступать в организм с пищей. Синтезируются витамины в клетках растений и микроорганизмов, а некоторые из них вырабатываются в ограниченном количестве микрофлорой кишечника. Витамины проявляют активность в малых количествах, но с ними связаны многие метаболические процессы, которые протекают при участии ферментов. Витамины, поступающие в организм человека с пищей, в большинстве случаев идентичны коферментам или структурно близки им. Это говорит об участии большинства витаминов в ферментативных реакциях в качестве кофакторов ферментов (коферментная функция).
Обеспеченность организма витаминами выражается в трех формах:
1) авитаминоз – полный дефицит какого-либо витамина;
2) гиповитаминоз – частичный дефицит одного или нескольких витаминов;
3) гипервитаминоз – избыток какого-либо витамина.
В связи с тем что большинство витаминов относится к разным классам органических соединений, их классифицируют в соответствии со способностью растворяться в воде или неполярных органических растворителях. По этому признаку витамины делят на две группы: водо- и жирорастворимые. Кроме того, витамины классифицируют по физиологическому действию на организм.
Номенклатура витаминов основана на использовании названий, отражающих химическую природу и функцию витаминов, а также заглавных букв латинского алфавита.
Помимо витаминов, выделяют еще одну группу веществ витаминной природы – витаминоподобные вещества. К ним относятся соединения, которые не являются обязательными компонентами пищи и их дефицит не сопровождается характерными, четко выраженными симптомами. Это холин, липоевая, оротовая и пангамовая кислоты, витамин U, инозит, карнитин.