фізичний стан ліпідів у біологічних мембранах

Фізичний стан і фазові переходи ліпідів у мембранах - Біологічні мембрани - МОЛЕКУЛЯРНА БІОФІЗИКА - Систематизовано матеріали з основ біофізики, гемодинаміки, біореології та біомеханіки. Показано фізичну сутність організації та функціонування біологічних об’єктів і систем на клітковому, тканинному та судинному рівнях; подано основні відомості про механічні й термодинамічні процеси, які відбуваються в біологічних об’єктах і системах. Описано фізичну будову білків, нуклеїнових кислот і біологічних мембран; розкрито природу йонного обміну, біоелектрогенезу, біомеханіки м’язового скорочення, дихал

Фізичний стан, при якому є далекий порядок у взаємній орієнтації і розташуванні молекул, але агрегатний стан рідке, називається рідкокристалічним станом. Рідкі кристали можуть утворюватися не у всіх речовинах, а в речовинах з "довгих молекул" (поперечні розміри яких менше подовжніх). Можуть бути різні рідкокристалічні структури (мал. Бішарева ліпідна фаза біологічних мембран відповідає смектичному рідкокристалічному станові. Рідкокристалічні структури дуже чуттєві до зміни температури, тиску, хімічного складу, електричному поля. Збільшення числа ненасичених ліпідів у мембрані при зниженні температури існування спостерігається в мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин.

Ліпі́ди — це група органічних речовин, що входять до складу живих організмів і характеризуються нерозчинністю у воді та розчинністю в неполярних розчинниках, як-от діетилетер, хлороформ та бензен[1]. Це визначення об'єднує велику кількість сполук різних за хімічною природою, зокрема таких, як жирні кислоти, воски, фосфоліпіди, стероїди та багато інших. Ліпідний бішар біологічних мембран — це двовимірна рідина, тобто окремі молекули можуть вільно пересуватись одна відносно одної. Текучість мембран залежить від їх хімічного складу: наприклад, із збільшенням вмісту ліпідів, до складу яких входять поліненасичені жирні кислоти вона збільшується.[6].

БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ. Всі живі клітини відокремлені від навколишнього середовища поверхнею, яка називається клітинною мембраною. Крім того, для еукаріотів характерним є утворення усередині клітин декількох компартментів. Основна частина ліпідів в мембранах представлена фосфоліпідами, гліколіпідами і холестерином: Будова ліпідів мембран. Ліпіди мембран мають в структурі дві різні частини: неполярний гідрофобний „хвіст” і полярну гідрофільну „голову”. Таку подвійну природу сполук називають амфіфільною. Ліпіди мембран утворюють двошарову структуру.

Біологічна мембрана - ультратонка бімолекулярна плівка фосфоліпідів, інкрустована білками й полісахаридами. Ця клітинна структура лежить в основі бар'єрних, механічних і матричних властивостей живого організму. Вступ. Ліпіди перебувають при фізіологічних умовах у рідкому агрегатному стані, це дозволяє зрівняти мембрану з фосфоліпідним морем, по якому плавають білкові "айсберги". Як показано фізичними методами дослідження - дилатометрією (виміром коефіцієнта об'ємного розширення) і калориметрією (виміром теплоємності), рентгеноструктурного аналізу й ін. - ліпідна частина біологічних мембран при певних температурах зазнає фазовий перехід першого роду.

Ліпіди – це неполімерні, неполярні, гідрофобні сполуки, які легко утворюють емульсії, завдяки чому й відбувається їх надходження в організм гетеротрофів. Розчиняються ліпіди в органічних розчинниках: ефірі, ацетоні, хлороформі та ін. Молекули ліпідів мають різну хімічну будову, але спільним у них є наявність у складі вищих жирних кислот (насичених та ненасичених) та одно-, дво-, і триатомних спиртів. Ліпіди здатні утворювати складні комплекси з білками, вуглеводами, фосфорною кислотою та ін. Справжні ліпіди – це складні ефіри жирних кислот і спирту, які утворюються в результаті реакцій етерифі

У складі біологічних мембран виявлені ліпіди трьох класів: фосфоліпіди, гліколіпіди і стероїди. У мембранах тваринних клітин більше 50% всіх ліпідів складають фосфоліпіди - гліцерофосфоліпіди і сфінгофосфоліпіди. Гліколіпіди представлені цереброзидів, сульфатідов і ганглиозидов, а стероїди - в основному холестерином (близько 30%). У ліпідних компонентах біологічних мембран містяться різноманітні жирні кислоти, однак в мембранах тваринних клітин переважають пальмітинова, олеїнова і стеаринова кислоти. Основну структурну роль в біологічних мембранах грають фосфоліпіди.

4. Роль ліпідів у побудові мембран 5. Травлення ліпідів та всмоктування ліпідів у ШКТ 6. Трансжири. 1. Загальна характеристика. Ліпіди (від греч. lipos - жир) - велика група жирів і жироподібних речовин, які містяться в усіх живих клітинах. За хімічною будовою ліпіди є похідними жирних кислот, спиртів, альдегідів, утвореними за допомогою фосфоефірних, глікозидних зв’язків. Разом з білками і вуглеводами це основні компоненти всіх видів клітин. У різних органах і тканинах вміст ліпідів неоднаковий. Особливо багато їх у нервовій тканині, серці, печінці, нирках, крові, насінні і плодах деяких рослин. У наш час помітно зріс інтерес до ліпідів. Це пов'язано з тими функціями, які ліпіди виконують в організмі рослин, тварин і людини.

Біологічні мембрани - тонкі напівпроникні оболонки, що відокремлюють клітину від зовнішнього середовища і функціональні одиниці клітини одну від одної. Фізичні методи досліджень свідчать про те, що ліпідний бішар може перебувати у двох фазових станах: 1) у стані твердого двомірного кристалу; 2) у рідкокристалічному стані. При фазовому переході змінюється рухливість полярних груп, а також обертальна рухливість С-С зв'язків вуглеводневих ланцюгів (рис. 4.20). Рис. 4.20. Якщо мембрана знаходиться у твердій фазі, то в ній існують ліпіди лише у стані трансконформерів (рис. 4.21). У рідкій фазі з'являються транс-гош-переходи. Після плавлення бішар становить динамічну суміш транс - та гош-конформерів.

Основу всіх біологічних мембран складає подвійний шар молекул ліпідів, з якими зв'язані молекули білків. · властивістю змінювати свій фазовий стан. Мембрана може перебувати в одній з двох фаз, між якими відбуваються фазові переходи типу плавлення. За температури, меншої від температури плавлення, мембрана має властивості кристала, а за температури, більшої від температури плавлення, для неї характерна рідкокристалічна фаза, тобто це бімолекулярна рідка плівка. Фізичні властивості мембрани. Проникність мембрани для різних речовин, робота мембранних ферментів і рецепторів великою мірою зумовлені фізичними властивостями мембранної фази.

Біологічні мембрани- тонкі напівпроникні оболонки, що відокремлюють клітину від зовнішнього середовища і функціональні одиниці клітини одну від одної. Слайд 3. Структура клітини та її функціональних одиниць ГлЕР – гладенький ендоплазматичний ретикулюм; ГрЕР – гранульований ендоплазматичний ретикулюм; ЕПС – ендоплазматична сітка; Ліз – лізосома; Ліп – ліпосома; М – мітохондрія; Мв – мікроворсинки; Мт – мікротрубочки; ПМ – плазматична мембрана; Риб – рибосоми; СГ – система Гольджі; Хр – хромосоми; Ц – центріоль; Я – ядро; Я – ядречко Якщо мембрана знаходиться у твердій фазі, то в ній існують ліпіди лише у стані трансконформерів. Слайд 17. У рідкій фазі з'являються транс-гош-переходи.

Важливою частиною клітини являються біологічні мембрани. Вони відмежовують клітину від оточуючого середовища, захищають її від шкідливих зовнішніх дій, керують обміном речовин між клітиною та її оточенням, сприяють генерації електричних потенціалів, беруть участь в синтезі універсальних акумуляторів енергії АТФ в мітохондріях ті інше. Конспект на урок Фізика скачати

Важливою частиною клітини є біологічні мембрани. Вони відмежовують клітину від навколишнього середовища, захищають її від шкідливих зовнішніх впливів, управляють обміном речовин між клітиною і її оточенням, сприяють генерації електричних потенціалів, беруть участь у синтезі універсальних акумуляторів енергії АТФ у мітохондріях і т.д. Будова й моделі мембран. Фізичні властивості й параметри мембран. Вимір рухливості молекул мембрани й дифузія часток через мембрану свідчить про те, що билипидний шар поводиться подібно рідини. Однак мембрана є впорядкована структура. Рідкокристалічний стан биослоя має меншу в'язкість і більшу розчинність різних речовин, чому твердий стан.

Ліпіди - це невеликі молекули, їх молекулярна маса становить кілька сотень дальтон. Зазвичай в молекулах ліпідів є і гідрофільні і гідрофобні групи, але в цілому ліпіди мають гідрофобні властивості. Зазвичай в молекулах ліпідів є і гідрофільні і гідрофобні групи, але в цілому ліпіди мають гідрофобні властивості. Ліпіди погано розчиняються у воді, зате добре розчиняються в органічних розчинниках, в: спирті; ацетоні,; хлороформі. Всі клітини відмежовані від навколишнього середовища зовнішньою мембраною, яка приблизно наполовину (по масі) складається з ліпідів і наполовину – з білків.

Ліпіди — це низькомолекулярні речовини з гідрофобними властивостями. Разом з білками і вуглеводами це основні компоненти всіх видів клітин. У різних органах і тканинах вміст ліпідів неоднаковий. Особливо багато їх у нервовій тканині, серці, печінці, нирках, крові, насінні і плодах деяких рослин. Нині помітно зріс інтерес до ліпідів. Складні ліпіди і їх природні комплекси є основою будови біологічних мембран і у складі її здійснюють найважливіші життєві процеси. Встановлено також, що серйозні ураження нервової системи, розлади серцево-судинної системи тісно пов'язані з порушенням обміну ліпідів. Мал.1 Ліпіди та їх знаходження в природі.

Мембрани біологічні — це клітинні структури, що відокремлюють клітину від навколишнього середовища та розділяють внутрішньоклітинний простір. Ліпідні компоненти біологічних мембран представлені переважно різними класами полярних ліпідів: фосфоліпідами (фосфатидилхоліном, фосфатидилетаноламіном, фосфатидилсерином, сфінгомієліном) — до 80–90% загального вмісту мембранних ліпідів; гліколіпідами (переважно глікосфінголіпідами). Зовнішня плазматична мембрана характеризується значним вмістом вільного холестеролу та його ефірів і наявністю гліколіпідів, які відсутні в інших мембранних структурах.

Хронологія вивчення біологічних Мембран. Термін мембрани як невидимої плівки, що оточує клітину, був вперше використаний, ботаніками фон Молем і незалежно До. фон Негелі (1817-1891) в 1855 р. Між 1895 і 1902 роками Е. Овертон (1865-1933) зміряв проникність клітинної мембрани для великого числа з'єднань і показав пряму залежність між здатністю цих з'єднань прони-кати через мембрани і їх розчинністю в ліпі-дах. У 1925 році Гортер і Грендел екстрагували ліпіди з еритроцитів і виміряли площу мономолекулярної плівки ліпідів, що утворилася. На основі результатів цих досліджень було зроблено припущення, що ліпіди в мембрані розташовуються у вигляді бімолекулярного шару.

Яке ж біологічне значення ліпідів, що входять до набору основних «молекул життя»? Які властивості ліпідів визначають їхнє значення? Ліпіди - це дуже різноманітна за хімічним складом група органічних речовин живого. ■ сигнальна (гліколіпіди в складі мембран здійснюють сприйняття подразнень); ■ антиоксидантна (вітаміни А і Е - речовини, що захищають клітини від небезпечних для процесів життєдіяльності вільних радикалів); ■ травна (жовчні кислоти, фосфоліпіди, холестерол беруть участь в емульгації жирів та їх усмоктуванні. Окрім того, жири є розчинниками для вітамінів А, D, Е, K, і їх наявність у складі їжі суттєво впливає на засвоєння цих вітамінів організмом).

Просторова структура мембранних ліпідів. Структура і термодинаміка водно-ліпідних систем. Суміші ліпідів з водою і поліморфізм. Вивчення просторової будови ліпідів в кристалах. Основні типи структурної організації водно-ліпідних систем. Структура і властивості мембранних ліпідів. Перш ніж перейти до біологічних мембран, слід детально проаналізувати структуру ліпідного бішару, а також термодинамічні принципи, що визначають його стабільність. Крім того, деякі ліпіди мимовільно утворюють структури, які не мають біслойную організації, і ці ліпіди, як вважають, відіграють особливу роль в мембранах.

За молекулярною будовою біологічна мембрана – це подвійний шар фосфоліпідів (біліпідний шар) із зануреними в нього молекулами білка. Гідрофільні полюси ліпідів орієнтовані назовні, а гідрофобні –всередину біліпідного шару. Мембранні ліпіди – амфіпатичні молекули (володіють як гідрофобними, так і полярними властивостями) і у водному середовищі утворюють подвійний шар (бішар). Ці бішари самоорганізуються у закриті компартменти, що здатні відновлюватися при ушкодженнях. Завдяки ліпідним компонентам бішару, що знаходяться в рідкому стані, мембрана володіє рухливістю, що полегшує процеси транспорту через біомембрани. Гліколіпіди. Сполуки ліпідів з вуглеводами.