Compiti situazionali1. Progressi nelle moderne scienze naturali “Organizzazione molecolare delle membrane biologiche”
11 Istituto statale di istruzione di bilancio di istruzione professionale superiore “Università medica statale di Saratov dal nome. IN E. Ministero della Sanità russo Razumovsky"
1. Fisiologia normale: libro di testo / Ed. AV. Zavyalova, V.M. Smirnova, 2011. – 368 pag.
2. Fisiologia normale: libro di testo [N.A. Agadzhanyan, N.A. Barabash, A.F. Belov et al.] / Ed. prof. V.M. Smirnova. – 3a ed. – M.: Centro Editoriale “Accademia”, 2010. – 480 p.
3. Fisiologia umana / V.F. Kirichuk, O.N. Antipova, N.E. Babichenko, V.M. Golovchenko, E.V. Ponukalina, I.V. Smyshleeva, L.K. Tokaev / A cura di V.F. Kirichuk. – 2a ed. – Saratov: Casa editrice dell'Università di Medicina di Saratov, 2009. – 343 p.
4. Fisiologia e fisiopatologia del sangue rosso: libro di testo. indennità / N.P. Chesnokova, V.V. Morrison, E.V. Ponukalina, TA Nevvazhay; sotto generale ed. prof. N.P. Chesnokova. – Saratov: casa editrice Sarat. Miele. Università, 2013. – 80 p.
5. Atlante ematologico / S. Lugovskaya, M.E. Postino. 3a edizione. – Mosca – Tver: Triada Publishing House LLC, 2011. – P. 3–23.
6. Meccanismi cellulari e molecolari di regolazione del sistema emostatico in salute e patologia: monografia / B.I. Kuznik. – Chita: Casa editrice Express, 2010. – pp. 261–368.
7. Ematologia / A cura del prof. O.A. Rukavitsina, d.C. Pavlova, E.F. Morshchakova e altri - San Pietroburgo: LLC "D.P.", 2007. - P. 29–34.
Caratteristiche dell'organizzazione strutturale della membrana eritrocitaria
Il globulo rosso è circondato da una membrana plasmatica, la cui struttura è ben studiata ed è identica a quella delle altre cellule. La membrana citoplasmatica dei globuli rossi comprende un doppio strato di fosfolipidi, mentre le proteine “galleggiano” sulla superficie delle membrane o penetrano nei lipidi, fornendo forza e viscosità alle membrane. L'area della membrana di un globulo rosso è di circa 140 µm2.
Le proteine rappresentano circa il 49%, i lipidi il 44%, i carboidrati il 7%. I carboidrati sono legati chimicamente alle proteine o ai lipidi e formano rispettivamente glicoproteine e glicolipidi.
I componenti più importanti della membrana eritrocitaria sono i lipidi, tra cui fino al 48% di colesterolo, 17-28% di fosfotidilcolina, 13-25% di sfingomielina e numerosi altri fosfolipidi.
La fosfotidilcolina della membrana eritrocitaria trasporta una carica neutra e praticamente non interagisce con i canali Ca2+ caricati positivamente, garantendo così l'atrombogenicità degli eritrociti. Grazie a proprietà quali fluidità e plasticità, i globuli rossi sono in grado di passare attraverso capillari con un diametro di ~ 3 μm.
Le proteine della membrana dei globuli rossi si dividono in periferiche e integrali. Le proteine periferiche includono spettrina, anchirina, proteina 4.1, proteina p55, aducina, ecc. Il gruppo di proteine integrali comprende la frazione 3, nonché glicoforine A, B, C, O, E. L'anchirina forma un composto con p-spettrina. Negli eritrociti sono state trovate circa 340 proteine di membrana e 250 solubili.
La plasticità dei globuli rossi è associata alla fosforilazione delle proteine di membrana, in particolare delle proteine della banda 4.1.
Frazione proteica 4.2. - la pallidina garantisce il legame del complesso spettrina-actina-anchirina alla frazione 3, appartiene al gruppo delle proteine transglutaminasi.
Le proteine contrattili della membrana eritrocitaria comprendono p-actina, tropomodulina, stromatina e tropomiosina.
Le glicoforine sono proteine integrali della membrana eritrocitaria che determinano la carica negativa che favorisce la repulsione degli eritrociti tra loro e dall'endotelio vascolare.
La proteina 3 è la principale proteina actina che regola la defosforilazione degli eritrociti.
Come accennato in precedenza, la membrana eritrocitaria è un complesso complesso, comprendente lipidi, proteine e carboidrati organizzati in un certo modo, che formano gli strati esterno, medio e interno della membrana eritrocitaria.
Per quanto riguarda la disposizione spaziale dei vari componenti chimici della membrana eritrocitaria, va notato che lo strato esterno è formato da glicoproteine con complessi ramificati di oligosaccaridi, che sono le sezioni terminali degli antigeni del gruppo sanguigno. I componenti lipidici dello strato esterno sono fosfatidilcolina, sfingomielina e colesterolo non esterificato. I lipidi nello strato esterno della membrana eritrocitaria svolgono un ruolo importante nel garantire la costanza della struttura della membrana e la selettività della sua permeabilità per vari substrati e ioni. Insieme ai fosfolipidi, il colesterolo regola l'attività degli enzimi legati alla membrana modificandone la viscosità ed è anche coinvolto nella modifica della struttura secondaria degli enzimi. Il rapporto molare colesterolo/fosfolipidi nelle membrane cellulari degli esseri umani e di molti mammiferi è 0,9. Una variazione verso l'alto di questo rapporto si osserva in età avanzata, così come in alcune malattie associate ad un alterato metabolismo del colesterolo.
Una diminuzione della fluidità della membrana eritrocitaria e un cambiamento nelle sue proprietà si osserva anche con un aumento del contenuto di sfingomielina,
Il doppio strato intermedio della membrana eritrocitaria è rappresentato da “code” idrofobiche di lipidi polari. Il doppio strato lipidico presenta una pronunciata fluidità, assicurata da un certo rapporto tra acidi grassi saturi e insaturi della parte idrofoba del doppio strato. Le proteine integrali, che comprendono enzimi, recettori e proteine di trasporto, sono attive solo se si trovano nella parte idrofobica del doppio strato, dove acquisiscono la configurazione spaziale necessaria per l'attività. Pertanto, qualsiasi cambiamento nella composizione dei lipidi della membrana eritrocitaria è accompagnato da un cambiamento nella sua fluidità e dall'interruzione del funzionamento delle proteine integrali.
Lo strato interno della membrana eritrocitaria, rivolto verso il citoplasma, è costituito dalle proteine spettrina e actina. La spettrina è una proteina specifica degli eritrociti; le sue molecole flessibili e allungate, legandosi ai microfilamenti di actina e ai lipidi della superficie interna della membrana, formano una sorta di scheletro eritrocitario. Una piccola percentuale di lipidi nello strato interno della membrana dei globuli rossi è costituita dalla fosfatidiletanolamina e dalla fosfatidilserina. La mobilità delle proteine che trattengono il doppio strato lipidico dipende dalla presenza di spettrina.
Una delle glicoproteine importanti è la glicoforina, che è contenuta sia sulla superficie esterna che su quella interna delle membrane degli eritrociti. La glicoforina contiene una grande quantità di acido sialico e ha una carica negativa significativa. Si trova in modo non uniforme nella membrana e forma aree sporgenti dalla membrana, che sono portatrici di determinanti immunologici.
La struttura e le condizioni della membrana eritrocitaria, la bassa viscosità dell'emoglobina normale forniscono agli eritrociti notevoli proprietà plastiche, grazie alle quali l'eritrocito passa facilmente attraverso i capillari, che hanno metà del diametro della cellula stessa, e può assumere un'ampia varietà di forme. Un'altra proteina della membrana periferica degli eritrociti è l'anchirina, che forma un composto con la molecola P-spettrina.
Funzioni della membrana eritrocitaria
La membrana eritrocitaria fornisce la regolazione dell'equilibrio elettrolitico della cellula grazie al trasporto attivo degli elettroliti dipendente dall'energia o alla diffusione passiva dei composti lungo il gradiente osmotico.
La membrana eritrocitaria ha canali permeabili agli ioni per i cationi Na+, K+, per O2, CO2, Cl- HCO3-.
Il trasporto degli elettroliti attraverso la membrana eritrocitaria e il mantenimento del suo potenziale di membrana sono assicurati da sistemi Na+, K+, Ca2+ - ATPasi dipendenti dall'energia.
La membrana eritrocitaria è altamente permeabile all'acqua con la partecipazione delle cosiddette vie proteiche e lipidiche, nonché anioni, composti gassosi e scarsamente permeabile ai cationi monovalenti di potassio e sodio.
La via proteica del trasferimento dell'acqua transmembrana è assicurata dalla partecipazione della proteina “banda 3” che attraversa la membrana degli eritrociti, nonché dalla glicoforina.
La natura molecolare della via lipidica per il trasporto dell'acqua attraverso la membrana eritrocitaria è praticamente sconosciuta. Il passaggio di molecole di piccoli non elettroliti idrofili attraverso la membrana eritrocitaria avviene allo stesso modo del trasferimento dell'acqua, grazie alle vie proteiche e lipidiche. Il trasferimento dell'urea e del glicerolo attraverso la membrana eritrocitaria è assicurato da reazioni enzimatiche.
Una caratteristica della membrana eritrocitaria è la presenza di un potente sistema di trasporto attivo per anioni monovalenti (cloro e fluoro) e anioni bivalenti (SO42-, PO42-) dovuto alle proteine trasportatrici.
Il trasporto degli anioni organici attraverso la membrana eritrocitaria è assicurato, come il trasporto degli anioni inorganici, con la partecipazione della proteina “banda 3”.
La membrana eritrocitaria provvede al trasporto attivo del glucosio, la cui cinetica è assicurata dalla dipendenza di Michaelis-Menten. Un ruolo importante nel trasporto del glucosio attraverso la membrana eritrocitaria è assegnato al polipeptide della banda 4.5 (le proteine con un peso molecolare di 55 kD sono possibili prodotti di degradazione del polipeptide della banda 3). È stato suggerito che le proteine che trasportano gli zuccheri nella membrana degli eritrociti abbiano un ambiente lipidico specifico.
La distribuzione irregolare dei cationi monovalenti nel sistema eritrociti-plasma sanguigno viene mantenuta con la partecipazione di una pompa Na+ dipendente dall'energia, che effettua lo scambio transmembrana degli ioni Na+ eritrociti con gli ioni K+ del plasma sanguigno in un rapporto di 3:2. Oltre allo scambio transmembrana Na+/K+ indicato, la pompa Na+ effettua almeno altri quattro processi di trasporto: scambio Na+ → Na+; K+→K+scambio; ingresso monovalente di ioni Na+ accoppiato con l'uscita di K+.
La base molecolare della pompa Na+ è l'enzima Na+, K+ -ATPasi - una proteina integrale strettamente associata ai lipidi di membrana, costituita da 2 subunità polipeptidiche con un peso molecolare di 80-100 kDa.
Il sistema di trasporto ha 3 centri che legano gli ioni Na+, localizzati sul lato citoplasmatico della membrana. All'esterno della membrana del sistema di trasporto si trovano 2 centri di legame per gli ioni K+. I fosfolipidi di membrana svolgono un ruolo importante nel mantenimento di un'elevata attività enzimatica.
Il funzionamento della pompa Ca2+ è assicurato dai nucleotidi e dai composti ad alta energia, principalmente ATP, CTP, GTP e, in misura minore, GTP e CTP.
Come nel caso della pompa Na+, il funzionamento della pompa Ca2+ negli eritrociti è associato a manifestazioni dell'attività di Ca2+, Mg2+ -ATPasi. Nella membrana di un eritrocita si trovano circa 700 molecole di Ca2+, Mg2+ -ATPasi.
Oltre alle funzioni di barriera e di trasporto, la membrana eritrocitaria svolge una funzione di recettore.
La presenza di recettori per l'insulina, l'endotelina, la ceruloplasmina, l'α2-macroglobulina, i recettori α e β-adrenergici sulla membrana degli eritrociti è stata dimostrata sperimentalmente. Sulla superficie dei globuli rossi sono presenti recettori per il fibrinogeno, che hanno una specificità piuttosto elevata. I globuli rossi trasportano anche recettori per l'istamina, il TxA2 e la prostaciclina sulla loro membrana.
Nella membrana degli eritrociti si trovano recettori per le catecolamine, che riducono la mobilità degli acidi grassi nei lipidi delle membrane degli eritrociti, nonché la stabilità osmotica degli eritrociti.
È stata stabilita una ristrutturazione della struttura della membrana eritrocitaria sotto l'influenza di basse concentrazioni di insulina, ormone della crescita umano e prostaglandine E ed E2.
Nelle membrane degli eritrociti anche l'attività del c-AMP è elevata. Con l'aumento delle concentrazioni di c-AMP negli eritrociti (fino a 10-6 M), i processi di fosforilazione delle proteine si intensificano, il che a sua volta porta ad un cambiamento nel grado di fosforilazione e permeabilità delle membrane degli eritrociti agli ioni Ca2+.
La membrana eritrocitaria contiene isoantigeni di vari sistemi di reazione immunologica che determinano l'affiliazione di gruppo del sangue umano secondo questi sistemi.
Struttura antigenica della membrana eritrocitaria
La membrana eritrocitaria contiene vari antigeni di specie, gruppo e specificità individuale. Esistono due tipi di isoantigeni eritrocitari che determinano la specificità del gruppo del sangue umano: agglutinogeni A e B. Di conseguenza, nel plasma o nel siero si trovano due tipi di isoanticorpi: le agglutinine α e β. Il sangue umano non contiene gli stessi agglutinogeni e agglutinine. Il loro incontro e interazione possono verificarsi durante la trasfusione di gruppi sanguigni incompatibili, portando allo sviluppo di agglutinazione ed emolisi dei globuli rossi.
Come è noto, il gruppo sanguigno I (0) è caratterizzato dall'assenza degli agglutinogeni A e B negli eritrociti, con la presenza delle agglutinine α e β nel plasma o nel siero; si verifica nel 40-50% delle persone nei paesi dell'Europa centrale.
Il gruppo sanguigno II (A) è caratterizzato dalla presenza dell'agglutinogeno A nella membrana eritrocitaria, mentre il plasma sanguigno contiene β agglutinine. Questo gruppo sanguigno è comune nel 30-40% delle persone.
Il gruppo sanguigno III (B) è caratterizzato dalla presenza dell'agglutinogeno B nella membrana degli eritrociti e nel plasma o siero dalla presenza di agglutinine di tipo α. Questo gruppo sanguigno si verifica in circa il 10% della popolazione.
Il gruppo sanguigno IV (AB) è caratterizzato dalla presenza di agglutinogeni fissi A e B nella membrana dei globuli rossi, mentre non sono presenti agglutinine naturali α e β nel plasma sanguigno o nel siero. Questo gruppo sanguigno si verifica nel 6% della popolazione.
Il controllo genetico del sistema antigenico A, B, O delle membrane degli eritrociti è rappresentato dai geni O, H, A, B, localizzati nel braccio lungo della 9a coppia di cromosomi.
Le agglutinine α e β appartengono alla classe Ig M, sono anticorpi naturali, si formano in un bambino nel primo anno di vita, raggiungendo il massimo entro 8-10 anni.
Il secondo posto tra le proprietà antigeniche delle membrane eritrocitarie in termini di significato clinico è occupato dal sistema Rh - Hr. Il fattore Rh fu scoperto per la prima volta nel 1940 da K. Landsteiner e A. Wiener e si trova nei globuli rossi dell'85% delle persone di razza bianca. Il 15% delle persone non hanno questi antigeni eritrocitari. Attualmente è stata stabilita la natura lipoproteica degli antigeni di questo sistema; ce ne sono circa 20; formano varie combinazioni nella membrana degli eritrociti. Gli antigeni rhesus più comuni sono 6 varietà: Rh0 (D), rh’ (C), rh’’ (E), Hr0 (d), hr’ (c), hr’’ (e). L'antigene più potente di questo gruppo è Rh0 (D).
Anticorpi del sistema Rh e Hr - le anti-resusagglutinine sono acquisite, immunitarie, sono assenti nel sangue delle persone Rh (-) dal momento della nascita, vengono sintetizzate durante la prima trasfusione di sangue Rh (+) in un sangue Rh (- ) ricevente, nonché durante la prima gravidanza di una donna Rh (-) (+). Durante la prima gravidanza, questi anticorpi vengono sintetizzati lentamente nell'arco di diversi mesi in un titolo basso, senza causare gravi complicazioni alla madre e al feto. Quando una persona Rh negativa entra in contatto ripetuto con globuli rossi Rh positivi, è possibile un conflitto Rh. Gli anticorpi del sistema Rh - Hr appartengono alla classe Ig G, quindi penetrano facilmente nella barriera placentare, causano reazioni di agglutinazione ed emolisi dei globuli rossi fetali, che è accompagnata dallo sviluppo di ittero emolitico nei neonati. In caso di trasfusioni ripetute di sangue del donatore e del ricevente incompatibile con gli antigeni Rh, può verificarsi shock trasfusionale.
Collegamento bibliografico
Chesnokova N.P., Ponukalina E.V., Bizenkova M.N. LEZIONE 2. CARATTERISTICHE DELLA STRUTTURA E FUNZIONI DELLA MEMBRANA ERITROCITARIA // Progressi nelle moderne scienze naturali. – 2015. – N. 1-2. – P. 328-331;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34842 (data di accesso: 25/10/2019). Portiamo alla vostra attenzione le riviste pubblicate dalla casa editrice "Accademia delle Scienze Naturali"
1.5.Argomenti delle lezioni pratiche
SEZIONE 1. BIOFISICA DELLE MEMBRANE
1. 1. Membrane biologiche. Struttura, proprietà.
La capacità elettrica specifica della membrana assonica, misurata con un microelettrodo intracellulare, è risultata pari a 0,5 microfarad/cm2. Utilizzando la formula di un condensatore piatto, stimare lo spessore dello strato idrofobo della membrana con una costante dielettrica pari a 2.
Quanta distanza percorre in 1 secondo una molecola di fosfolipide sulla superficie della membrana eritrocitaria a seguito della diffusione laterale? Il coefficiente di diffusione laterale è assunto pari a 10 -12 m 2 /s. Confrontare con la circonferenza di un globulo rosso con un diametro di 8 micron.
Durante la transizione di fase dei fosfolipidi di membrana dallo stato liquido cristallino al gel, lo spessore del doppio strato cambia. Come cambierà la capacità elettrica della membrana? Come cambierà l'intensità del campo elettrico nella membrana?
Utilizzando molecole di fosfolipidi marcate con spin, è stato stabilito un gradiente di viscosità attraverso lo spessore della membrana. Descrivi l'esperimento. Dov'è maggiore la viscosità: sulla superficie della membrana o al suo centro?
1.1.1. Spessore della membrana biologica:
10 A, 3. Micron diametro esterno
10 nm 4,10 µm
1.1.2. Il modello a mosaico fluido di una membrana biologica comprende:
strato proteico, polisaccaridi e lipidi superficiali
monostrato lipidico e colesterolo
doppio strato lipidico, proteine, microfilamenti
doppio strato lipidico
1.1.3. La parte lipidica della membrana biologica si trova nel seguente stato fisico:
liquido amorfo
solido cristallino
solido amorfo
cristalli liquidi
1.1.4. Capacità elettrica specifica della membrana dell'assone:
1.1.5. Il tempo di trasferimento caratteristico per il trasferimento di una molecola di fosfolipidi da una posizione di equilibrio all'altra durante la loro diffusione:
1.1.6. La transizione di fase del doppio strato lipidico delle membrane dallo stato liquido cristallino a quello di gel è accompagnata da:
assottigliamento della membrana
lo spessore della membrana non cambia
ispessimento della membrana
1.2. Trasporto di sostanze attraverso le membrane biologiche.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
1.Da quali parametri dipende il raggio critico di un poro lipidico in una membrana?
2. Calcolare il raggio critico dei pori in assenza di potenziale di membrana. Supponendo che la tensione marginale del poro sia 10 -11 N, la tensione superficiale del doppio strato lipidico è 0,3 mN/m.
3. Come cambierà la diffusione facilitata degli ioni calcio con la partecipazione della molecola di valinomicina dopo la transizione di fase dei lipidi di membrana dallo stato cristallino liquido al gel?
4. La capacità elettrica specifica della membrana assonica, misurata con un microelettrodo intracellulare, è risultata pari a 0,5 microfarad/cm2. Utilizzando la formula di un condensatore piatto, stimare lo spessore dello strato idrofobo della membrana con una costante dielettrica pari a 2.
Prove di monitoraggio tipiche
1.2.1. Il trasferimento ionico avviene nella direzione:
1.2.2. L'equazione di diffusione dei non elettroliti (Fick) è scritta:
2.3. La molecola di valinomicina trasporta attraverso la membrana:
1.2.4. Il trasferimento di materia durante la diffusione facilitata è paragonato alla diffusione semplice:
Più lentamente
1.3. Potenziali bioelettrici.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
Quale trasporto ionico crea una differenza di potenziale di membrana: passivo o attivo?
Cosa è maggiore: la velocità di propagazione di un segnale elettrico lungo i fili di un telegrafo marino o la velocità di propagazione di un impulso nervoso lungo la membrana dell'assone? Perché?
Spiegare il meccanismo d'azione biofisico del veleno tetro-dotossina e dell'anestetico locale tetraetilammonio.
Qual è la relazione tra la permeabilità della membrana dell'assone del calamaro per vari ioni a riposo e durante l'eccitazione?
Come cambierà l'aspetto del grafico del potenziale d'azione se viene modificata la composizione chimica all'interno e all'esterno dell'assone: l'assoplasma viene sostituito dal fluido extracellulare e il fluido extracellulare viene sostituito dall'assoplasma?
Qual è l'intensità del campo elettrico sulla membrana a riposo se la concentrazione di ioni potassio all'interno della cellula è 125 mmol/l, all'esterno - 2,5 mmol/l e lo spessore della membrana è 8 nm?
(Risposta: 1.З*10 7 V/m.)
7. Calcolare l'ampiezza del potenziale d'azione se con-
concentrazione di potassio e sodio all'interno della cellula del tessuto eccitabile
nessuno dei due rispettivamente: 125 mmol/l, 1,5 mmol/l e esterno
2,5 mmol/l e 125 mmol/l.(Risposta: 160 mV.)
Prove di monitoraggio tipiche
1.3.1 Il potenziale di membrana f m è chiamato:
1.3.2. Diametro della punta dell'elettrodo intracellulare utilizzato Per misure del potenziale di membrana:
paragonabile alla dimensione della cella
molto più piccolo della dimensione della cellula
molto più grande della dimensione della cellula
1.4. Meccanismo di generazione del potenziale d'azione.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
1. È possibile che sulla membrana di una cellula eccitabile avvenga un processo in cui flussi di ioni diversi con lo stesso segno di carica fluiscono contemporaneamente l'uno verso l'altro?
2. Qual è il significato dell'espressione
per la fase II del potenziale d'azione dei cardiomiociti?
3. Qual è il motivo per cui la corrente attraverso il canale è discreta, ma attraverso la membrana è continua, cambia dolcemente?
Prove di monitoraggio tipiche
1.4.1. Nella fase di depolarizzazione durante l'eccitazione dell'assone, i flussi di ioni Na + sono diretti:
1. inferno 2. bd 3. inferno 4. in 5. ag
1.4.2. Nella fase di ripolarizzazione degli assoni, i flussi ionici sono diretti:
1.ad 2.bd 3.be 4.g
4.3. Durata del potenziale d'azione dei cardiomiociti rispetto al potenziale d'azione degli assoni
1. maggiore di 2. minore di 3. uguale
4.4. La fase di plateau nel cardiomiocita è determinata dai flussi di ioni:
1. Antonov V.F.. Biofisica delle membrane // Rivista educativa Sorov. – 1997. – T. – 6. P. 1-15.
2. Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Membrane lipidiche durante le trasformazioni di fase. – M.: Nauka, 1992. – P. 125.
3. Klenchin V.A. Membrane biologiche. – 1993. – T. 10. –P. 5-19.
4. Chizmadzhaev Yu.A., Arakelyan V.B., Pastushenko V.F. Biofisica delle membrane. – M.: Nauka, 1981. - P. 207-229.
5. Kotek A., Janacek K. Trasporto di membrana. M.: Mir, 1980.
6. Lightfoot E. Fenomeni di trasferimento nei sistemi viventi. M.: 1977.
7. Rubin A.B. Biofisica. M.: Più in alto. Scuola, 1987.
8. Membrane biologiche: Collezione / Pod. Ed. DS Parsons. M.: Atomizdat, 1978.
9. Membrane: Canali ionici: Sat. Arte. M.: Mir, 1981.
10. Hills B.V. Sab. Membrane: canali ionici. M.: Mir, 1981.
11. Fisiologia e fisiopatologia del cuore. Sotto. ed. N. Sperelakis: M.: Medicina, 1998.
12. Fisiologia umana. Sotto. ed. Schmidt R. E Tevs G. T. 1. M.: Mir, 1996.
SEZIONE 2. BIOFISICA DI CELLULE E ORGANI
2. 1. Attività elettrica degli organi.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
1.Qual è il principio di un generatore equivalente? Fornisci esempi di come questo principio può essere utilizzato.
2. Perché il problema inverso dell'elettrocardiografia è un compito diagnostico e non quello diretto?
3. Qual è il meccanismo per la formazione di una mappa di potenziali elettrici sulla superficie del corpo umano?
4. Perché è necessario registrare almeno 3 derivazioni ECG e non, ad esempio, una?
Prove di monitoraggio tipiche
2.1.1. Quando si modella un ECG, si presuppone che l'ambiente circostante i dipoli
UN. omogeneo a", eterogeneo
B. isotropo b", anisotropo
V. limitato in", infinito
1. abc 2. a"b"c" 3. ab"c 4. abc"
2.1.2. Cosa causa i cambiamenti nell'entità e nella direzione del vettore elettrico integrale del cuore durante un ciclo di lavoro?
contrazione dei ventricoli del cuore
copertura sequenziale di varie strutture cardiache da parte dell'onda di eccitazione
attività metabolica dei cardiomiociti
rallentando la velocità di conduzione delle onde nel nodo atrioventricolare
2.1.3. Perché le ampiezze delle stesse onde ECG contemporaneamente in derivazioni diverse non sono le stesse?
per derivazioni diverse il valore del vettore elettrico integrale E _ è diverso
in derivazioni diverse la rotazione del vettore E è diversa
le proiezioni del vettore E su derivazioni diverse non sono le stesse
per ogni derivazione esiste il proprio vettore E
2.1.4. Il vettore elettrico integrale del cuore E descrive le spire P, QRS, T:
1.nel piano orizzontale
2.nel piano della superficie del torace
Z. nello spazio volumetrico XYZ
4. nel piano che collega i punti della mano destra, della mano sinistra e della gamba sinistra
2.1.5 Differenze potenziali registrate
1. ag 2. be 3. vg 4. dv
2.2. Processi Autowave nei media attivi.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
Qual è la differenza fondamentale tra le onde automatiche nei mezzi attivi e le onde meccaniche nei mezzi elastici?
Perché un'onda propria si propaga in un mezzo attivo senza attenuazione?
Si osserva interferenza delle onde proprie nei mezzi attivi?
Cosa determina i parametri di un'onda automatica in un mezzo attivo?
Il potenziale soglia per le cellule della regione miocardica è - 30 mV. Il potenziale transmembrana delle cellule in quest'area ha raggiunto ad un certo punto il valore di 40 mV. Un'onda di eccitazione può essere trasmessa attraverso quest'area del miocardio?
Prove di monitoraggio tipiche
2.2.1. Un'onda di eccitazione (autowave), propagandosi attraverso il mezzo attivo (ad esempio attraverso la struttura del miocardio), non attenua:
trasferendo energia da una cellula all’altra
rileva il rilascio dell'energia immagazzinata da ciascuna cellula
come risultato del trasferimento di energia meccanica dalla contrazione del miocardio
come risultato dell’utilizzo dell’energia del campo elettrico
2.2.2 La lunghezza d'onda di eccitazione nel mezzo attivo dipende da:
UN. Ampiezze del potenziale d’azione dei cardiomiociti
B. dalla velocità di propagazione delle onde nel miocardio
V. sulla frequenza degli impulsi del pacemaker
g. dalla durata del periodo refrattario dell'eccitato
cellule1. ab 2. bg 3. vg 4. ag
2.2.3 La circolazione di un'onda automatica (rientro) di durata X in un anello con perimetro / può avvenire a condizione che:
2.2.4. Se in un mezzo attivo eterogeneo ci sono zone con refrattarietà R 1 e R 2 (R 2 > R:) e gli impulsi del pacemaker seguono un periodo T, allora può verificarsi una trasformazione del ritmo a condizione che:
1.T
R13.T = R2 -R1 2.3. Biofisica della contrazione muscolare.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
Perché la contrazione isometrica ha una forma diversa della dipendenza F(t) a diverse lunghezze muscolari iniziali?
È possibile determinare dalla curva V(P) di Hill quale carico massimo può sostenere un muscolo?
L’efficienza della contrazione muscolare aumenta con l’aumento della generazione di calore da parte di quel muscolo?
Quali sono le differenze tra l'accoppiamento elettromeccanico in un cardiomiocita e nel muscolo scheletrico?
Prove di monitoraggio tipiche
2.3.1. Durante la contrazione muscolare:
UN. i filamenti di actina scivolano nel sarcomero lungo la miosina
B. la miosina si contrae come una molla
V. i ponti si attaccano ai siti attivi dell'actina
ad esempio i ponti si aprono
1. av 2. bg 3. bv 4. ag
2.3.2. La forza di contrazione generata da un muscolo è determinata da:
1. lunghezza del thread attivo
2 modificando la forza generata da un ponte
numero di ponti chiusi contemporaneamente
elasticità del filamento di miosina
2.3.3. La dipendenza della velocità v di una singola contrazione muscolare dal carico P ha la forma:
2.3.4.L'accoppiamento elettromeccanico è determinato dalla seguente catena di eventi:
UN. rilascio di ioni Ca 2+ sulle miofibrille
B. stimolazione della membrana cellulare
V. trasporto attivo degli ioni Ca 2+ nel reticolo sarcoplasmatico
d.chiusura dei ponti verso i centri attivi dell'actina
e. scorrimento dell'actina nel sarcomero
1. Fisiologia umana. T. 2. M.: Mir, 1996.
2. Vasiliev V.A., Romanovsky Yu.N., Yakhno V.G. Processi di Autowave. M.: Nauka, 1987.
3.Ivanitsky G.R., Krinsky V.I., Selkov E.E. Biofisica matematica delle cellule. M.: Nauka, 1978.
4. Chernysh A.M. Biomeccanica delle disomogeneità del muscolo cardiaco. M.: Nauka, 1993.
5. Bendol J. Muscoli, molecole e movimento. M.: Mir, 1989.
SEZIONE 3. BIOFISICA DEI SISTEMI COMPLESSI
3.1. Modellazione dei processi biofisici.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
Quanto tempo dopo l'iniezione rimarrà nel sangue il 10% della massa iniziale del farmaco se la costante di eliminazione k = 0,3 (1/ora)?
Le costanti di eliminazione di due farmaci diversi differiscono di un fattore due. Tracciare grafici qualitativi delle variazioni della massa del farmaco nel sangue durante l'iniezione per questi due casi. Quante volte i tassi di escrezione differiscono in t = O?
Qualche tempo dopo che al paziente è stata posta una flebo (quando la concentrazione del farmaco ha raggiunto un livello stazionario), gli è stata somministrata un'iniezione. Disegna un grafico qualitativo della variazione della massa del farmaco nel tempo.
Prove di monitoraggio tipiche
3.1.1. Il modello predatore-preda mostra che le dimensioni della popolazione di predatori e prede subiscono oscillazioni armoniche. Le frequenze e le fasi di queste oscillazioni sono le stesse?
UN. le frequenze sono le stesse c. le fasi sono le stesse
B. le frequenze sono diverse, le fasi sono diverse
1. av 2. bv 3. ag 4. bg
3.1.2. Quale modello è adeguato per studiare l'elettrogenesi nelle cellule?
1. liposoma 2. membrana lipidica a doppio strato
3. assone di calamaro 4. Modello di Frank
3.2. Biofisica del sistema circolatorio.
Testare domande, compiti, compiti per seminari
Complesso didattico e metodologico per la disciplina “regolazione statale dell’economia”
Complesso formativo e metodologico... Educativo-metodicocomplessoDidisciplina“REGOLAMENTAZIONE STATALE DELL'ECONOMIA” UFA -2007 Regolazione statale dell'economia: Educativo-metodicocomplesso...scienze economiche Educativo-metodicocomplessoDidisciplina"Stato...
Complesso didattico e metodologico per la disciplina della formazione professionale generale “Teoria e metodi di insegnamento della biologia”, specialità “050102 65 – Biologia”
Complesso formativo e metodologicoEducativo-metodicocomplessoDiComplesso formativo e metodologico
... __________________________________________________________ (Nome e cognome.) Educativo-metodicocomplessoDidisciplina Organizzazione dei computer e... Samme G.V. Educativo-metodicocomplessoDidisciplina Organizzazione di computer e sistemi (nome discipline) compilato...
Il raggio della nave è dimezzato. Quante volte cambierà la velocità volumetrica del flusso sanguigno con una caduta di pressione costante?
Calcola la pressione sanguigna a una distanza di 5 cm dall'inizio della nave, se all'inizio della nave la pressione è 10 4 Pa, il suo raggio è 1 mm, la viscosità del sangue è 0,005 Pa s e la velocità lineare del sangue il movimento è di 20 cm / s.
Quante volte cambierà il tasso di caduta di pressione all'inizio della diastole se la resistenza idraulica dei piccoli vasi aumenta del 20%?
Quante volte la resistenza idraulica di un tratto di aorta (raggio dell'aorta 1,25 cm) è inferiore alla resistenza idraulica di un tratto di arteria della stessa lunghezza (raggio dell'arteria 2,5 mm)? La viscosità del sangue nell'arteria è 0,9 della viscosità del sangue nell'aorta.
Quante volte deve aumentare la pressione sanguigna all'inizio di un grande vaso affinché quando il suo lume si restringe del 30%, la pressione all'uscita del vaso e la velocità volumetrica del flusso sanguigno rimangono le stesse? In assenza di costrizione, la caduta di pressione nel recipiente è pari a 0,2 della pressione all'inizio del recipiente.
in Biologia” Ph.D., Professore Associato Osipova I.V. Metodico istruzioni allo studente Di studio disciplineDisciplina“Metodologia dell'attività extrascolastica...
1. Da ciò si è concluso che la membrana dei globuli rossi è costituita da molecole lipidiche disposte in due strati.
Apparentemente, questa conclusione di Gorter e Grendel si è rivelata corretta solo a causa della reciproca compensazione degli errori, ma in termini storici questo lavoro è stato di grande importanza, poiché da allora è diventato il concetto di doppio strato lipidico come base strutturale delle membrane biologiche dominante e, in effetti, si è rivelata corretta.
Il concetto di membrana lipidica bimolecolare fu ulteriormente sviluppato nel 1935 dal modello Davson-Danielli, o modello "sandwich", che proponeva che le proteine ricoprissero la superficie di un doppio strato lipidico. Si trattò di un modello di straordinario successo e, nel corso dei successivi 30 anni, numerosi dati sperimentali, soprattutto quelli ottenuti mediante la diffrazione di raggi X e la microscopia elettronica, ne confermarono pienamente l'adeguatezza. Tuttavia, si scoprì poi che le membrane svolgono un'enorme varietà di funzioni e, per spiegare questo fenomeno, il modello originale di Davson-Danielli fu più volte modificato.
I rapidi progressi nella membranologia, che hanno portato alla formazione di concetti moderni, sono stati ottenuti in gran parte grazie ai progressi nello studio delle proprietà delle proteine di membrana. Studi al microscopio elettronico utilizzando il metodo della scissione per congelamento hanno mostrato che le particelle globulari erano incorporate nelle membrane. Nel frattempo, i biochimici, utilizzando detergenti, sono riusciti a dissociare le membrane nello stato di “particelle” funzionalmente attive. I dati provenienti da studi spettrali hanno indicato che le proteine di membrana erano caratterizzate da un elevato contenuto di α-eliche e che era probabile che formassero globuli piuttosto che distribuite come un monostrato sulla superficie del doppio strato lipidico. Le proprietà non polari delle proteine di membrana suggeriscono la presenza di contatti idrofobici tra le proteine e la regione interna non polare del doppio strato lipidico. Allo stesso tempo, sono stati sviluppati metodi che hanno permesso di rivelare la fluidità del doppio strato lipidico. Singer e Nicholson hanno riunito tutte queste idee per creare un modello a mosaico fluido. All'interno di questo modello, la membrana è rappresentata come un doppio strato fosfolipidico fluido in cui sono immerse le proteine che si diffondono liberamente. Il precedente modello Davson-Danielli era statico e spiegava con successo i dati strutturali allora disponibili, ottenuti con una risoluzione piuttosto bassa. Allo stesso tempo, a partire dal 1970, molta attenzione è stata posta allo studio delle proprietà dinamiche e alla loro relazione con le funzioni di membrana. Negli ultimi anni anche il modello del mosaico fluido ha subito delle modifiche e questo processo continuerà. In particolare, è ormai chiaro che non tutte le proteine di membrana si diffondono liberamente in un doppio strato lipidico liquido. Esistono prove dell'esistenza di domini laterali nella membrana stessa. Anche il ruolo del citoscheletro viene studiato attentamente. Sta diventando sempre più chiaro che alcune regioni della membrana sembrano differire nella struttura dal classico doppio strato lipidico. Tuttavia, nel prossimo futuro, il modello del mosaico fluido nelle sue varie modifiche servirà come base concettuale per molti studi sulle membrane.
3. Morfologia della membranaDue metodi hanno svolto un ruolo importante nel chiarire la morfologia delle membrane: la diffrazione dei raggi X e la microscopia elettronica. È stato con il loro aiuto che è stata confermata la correttezza del modello a doppio strato. Tuttavia, va tenuto presente che entrambi questi metodi affrontano una serie di limitazioni nel chiarire un quadro dettagliato dell'organizzazione molecolare delle membrane.
3.1 Diffrazione di raggi X
Quando si studiano campioni cristallini altamente ordinati utilizzando la diffrazione dei raggi X, è possibile ottenere informazioni strutturali ad alta risoluzione. Nel caso di farmaci scarsamente ordinati, le possibilità di questo metodo sono limitate. Alcuni sistemi di membrane specializzati hanno già una struttura regolare e quindi possono essere studiati con metodi di diffrazione di raggi X. Un esempio di questo genere è la guaina mielinica delle fibre nervose periferiche; si tratta di una membrana che, avvolgendosi ripetutamente attorno all'assone, forma un sistema regolare di strutture membranarie concentriche. Gli studi di diffrazione dei raggi X sulla mielina, effettuati negli anni '30, confermano l'adeguatezza del modello della membrana a doppio strato. La stessa conclusione si trae dallo studio del segmento esterno dei bastoncini retinici dei vertebrati, che sono sistemi di membrana ordinati naturali, così come sistemi ordinati artificialmente che si formano durante il collasso delle vescicole di membrana ottenute dai mitocondri e dagli eritrociti in condizioni di centrifugazione. In tutti questi casi è stata osservata una distribuzione simile della densità elettronica nella membrana, mostrata in Fig. 1.4
Per interpretare i dati di diffrazione dei raggi X, è necessario determinare non solo l'intensità delle riflessioni, ma anche le loro fasi. Nel caso di sistemi a membrana regolarmente imballati, il compito è notevolmente semplificato, poiché questi sistemi sono costituiti da elementi ripetuti con simmetria centrale.
I dati ottenuti mostrano che la struttura di tutte le membrane è simile: hanno una regione interna idrofobica con bassa densità elettronica e due strati di gruppi polari con elevata densità elettronica. I dati di diffrazione dei raggi X ottenuti per le diverse membrane differiscono solo leggermente, nonostante le grandi differenze nel loro contenuto proteico. Sebbene i dati della diffrazione dei raggi X forniscano alcune informazioni su come si trova la maggior parte delle proteine di membrana nella membrana, in generale il metodo della diffrazione dei raggi X non fornisce un quadro molecolare dettagliato.
Wilkins e colleghi notarono nel 1971 che la diffrazione dei raggi X poteva essere utilizzata anche per studiare le dispersioni acquose di membrane e fosfolipidi. In questo caso, le riflessioni generate dalle regioni polari su entrambi i lati del doppio strato permettono di trovare il suo spessore pari alla distanza tra le teste polari, e dalle riflessioni generate dalle catene idrocarburiche ordinate, la distanza tra queste catene può essere determinato. E in questo caso, le preparazioni di membrana ottenute da diverse fonti hanno dato un modello di diffrazione simile, che conferma l’universalità del modello a doppio strato.
L'incapacità di ottenere un quadro molecolare dettagliato utilizzando il metodo di diffrazione limita l'uso di questo metodo per lo studio delle membrane biologiche. Tuttavia, può essere molto utile nello studio dei sistemi ordinati lipidi-acqua.
3.2 Microscopia elettronica
La microscopia elettronica a trasmissione di sezioni sottili della mielina, e in effetti di tutte le altre membrane, rivela una caratteristica struttura a tre strati costituita da due bande dense di elettroni separate da un intervallo di circa 80 A. Questa immagine è ottenuta in gran parte come risultato del trattamento della preparati con tetrossido di osmio, solitamente utilizzati in questo metodo. Robertson ha definito la struttura osservata "unitaria" per enfatizzare la sua versatilità e, sebbene i meccanismi molecolari della colorazione con osmio delle membrane siano sconosciuti, la struttura è stata vista come un supporto alla validità del modello di membrana a doppio strato. È chiaro, tuttavia, che durante la preparazione dei campioni per la microscopia elettronica a trasmissione, le membrane possono essere soggette a effetti negativi. In particolare, è noto che il trattamento con tetrossido di osmio porta ad una significativa perdita di proteine dalla membrana eritrocitaria. E sebbene la struttura a tre strati osservata in questo caso rifletta in una certa misura l'organizzazione delle membrane a doppio strato, con questo metodo non è possibile ottenere informazioni più dettagliate sulla localizzazione delle proteine.
Alcune informazioni sulla posizione delle proteine di membrana sono state fornite da nuovi metodi, che ora sono diventati "classici": i metodi di scissione e congelamento. In questi casi i preparati vengono congelati rapidamente senza esporli ad alcun influsso dannoso, come quando si ottengono sezioni sottili. Il processo di preparazione del farmaco comprende le seguenti operazioni.
Dopo il congelamento, il campione, che è una sospensione di cellule o membrane, viene tagliato utilizzando un coltello a bassa temperatura e sotto vuoto spinto. Le forze generate durante il taglio portano alla formazione di un taglio che attraversa il campione. Si è scoperto che quando il piano di taglio passa attraverso la membrana, quest'ultima si divide prevalentemente lungo la sua regione centrale e si divide in due metà. Di conseguenza, la regione interna della membrana è esposta sui piani di clivaggio risultanti.
Se necessario, il campione viene inciso: viene eseguita la consueta sublimazione del ghiaccio sotto vuoto. Ciò consente una migliore visualizzazione delle strutture superficiali delle membrane cellulari.
Successivamente si ottiene una cosiddetta replica dalla superficie esposta. È questa replica che viene studiata al microscopio elettronico. Per ottenere una replica, il platino viene prima spruzzato sul campione con un angolo di circa 45° per rivelare le caratteristiche topologiche del farmaco. Alla replica in platino viene quindi conferita resistenza meccanica rivestendola con uno strato di carbonio. Successivamente, il farmaco viene scongelato, la replica galleggia e viene catturata utilizzando una rete speciale.
Le strutture più caratteristiche osservate durante lo studio delle membrane con il metodo della scissione per congelamento sono numerose particelle intramembrana con un diametro compreso tra 80 e 100 A, che giacciono nel piano di scissione della membrana. Di solito si trovano in modo caotico, ma a volte formano gruppi. Numerosi studi hanno dimostrato che queste particelle possono essere proteine di membrana. È curioso che la microscopia elettronica di sezioni sottili non riveli tali strutture. Le repliche ottenute dalle due metà della membrana divisa non sono sempre topologicamente complementari. Ciò significa che alcune particelle sono associate solo a metà della membrana. I dati della scissione per congelamento furono ampiamente utilizzati da Singer e Nicholson per sviluppare il modello del mosaico fluido delle membrane perché dimostravano in modo convincente che le proteine globulari non erano solo localizzate sulla superficie della membrana, ma anche all'interno del doppio strato.
La Figura 1.6 mostra una micrografia elettronica di una preparazione di proteoliposomi ricostruiti da fosfatidilcolina d'uovo e una preparazione non frazionata di proteina della banda 3 dalla membrana di eritrociti umani; Il farmaco è stato ottenuto mediante congelamento-scheggiatura.
La proteina della banda 3 è un importante componente proteico della membrana dei globuli rossi ed è nota per il trasporto degli anioni. Se le vescicole fosfolipidiche non contengono questa proteina, i preparati di chip congelati risultanti hanno una superficie liscia.
Quando la proteina della banda 3 viene incorporata nelle vescicole fosfolipidiche, sulle superfici scisse compaiono particelle intramembrana, praticamente indistinguibili dalle particelle osservate nelle membrane degli eritrociti. Inoltre, a pH 5,5, le particelle osservate nella membrana degli eritrociti si aggregano e questa aggregazione avviene a seguito dell'interazione della proteina della banda 3 con altre due proteine, la spettrina e l'actina.
Questi ultimi sono componenti del citoscheletro situati sulla superficie interna della membrana eritrocitaria. Il sistema ricostruito costituito dalla proteina della banda 3 e dalla fosfatidilcolina si comporta in modo simile, con aggregazione di particelle osservata in presenza di spettrina e actina a pH 5,5, ma non a pH 7,6.
Questi dati rafforzarono ulteriormente l’idea che le proteine di membrana siano particelle globulari che si muovono liberamente nel piano della membrana. È interessante notare che le micrografie statiche dei preparati ottenuti con il metodo della scissione per congelamento hanno aiutato i ricercatori a studiare le proprietà dinamiche delle membrane. Come vedremo, ci sono molte proteine nelle membrane che non possono galleggiare liberamente nel mare dei lipidi.
4. Isolamento delle membraneNegli ultimi tre decenni è diventato sempre più chiaro che la stragrande maggioranza delle funzioni cellulari è svolta direttamente dalle membrane.
Sia le cellule vegetali che quelle animali sono divise in compartimenti e molti organelli citoplasmatici, come mostrato nella sezione 1.1, sono di natura di membrana.
Oltre agli organelli caratteristici della maggior parte delle cellule, esistono anche sistemi di membrane specializzati, come il reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari, la guaina mielinica delle fibre nervose periferiche, le membrane tilacoidi dei cloroplasti e le membrane del disco nei bastoncini retinici. Anche gli organismi procarioti hanno membrane, sebbene non così sviluppate come quelle eucariotiche.
I batteri Gram-positivi, come Bacillus subtilis, hanno solo una membrana citoplasmatica, mentre i batteri Gram-negativi, come Escherichia coli, hanno anche una membrana esterna, situata sopra una sottile parete cellulare di peptidoglicano.
Alcuni organelli specializzati si trovano anche nelle cellule procariotiche. Alcuni virus patogeni per gli animali, come i virus avvolti, hanno vere e proprie membrane e tali membrane si sono rivelate estremamente interessanti da studiare.
Lo studio delle membrane, di norma, comporta la loro purificazione e ogni tipo di membrana ha le proprie condizioni per l'isolamento preparativo.
Quindi, se vuoi esaminare la membrana plasmatica di qualsiasi cellula, devi prima isolare queste cellule dal tessuto. Successivamente è necessario trovare le condizioni ottimali per distruggere le cellule e separare le membrane di interesse dagli altri componenti cellulari. I criteri di purezza delle membrane isolate meritano particolare attenzione.
4.1 Distruzione cellulare
È consigliabile scegliere una tecnica che permetta di distruggere efficacemente le cellule stesse mantenendo intatta la struttura delle membrane da isolare. Per molte cellule animali è possibile utilizzare una procedura relativamente blanda come l'omogeneizzazione in un Dounce con pareti di vetro o un omogeneizzatore Potter-Elweheim con un pestello in Teflon. In questo caso, le cellule vengono distrutte a causa delle forze di taglio che si verificano quando la sospensione viene forzata attraverso uno stretto spazio tra il pestello di Teflon e la parete di vetro dell'omogeneizzatore. Con questo trattamento la membrana plasmatica viene “strappata” e le connessioni tra i vari organelli vengono distrutte mantenendo l'integrità degli organelli stessi. Utilizzando questa procedura è anche possibile separare tra loro regioni specializzate della membrana plasmatica, ad esempio le regioni basolaterali o apicali della membrana delle cellule epiteliali. È desiderabile lavorare in condizioni in cui viene mantenuta l'integrità degli organelli per ridurre al minimo la possibilità di rilascio di enzimi idrolitici e per facilitare le successive operazioni di separazione della membrana.
Per distruggere le cellule che hanno una parete, sono necessari metodi più rigorosi. A volte, prima che le cellule vengano distrutte, vengono trattate con enzimi che scompongono i componenti della parete cellulare per facilitarne la successiva distruzione. Ad esempio, il trattamento con tampone Tris-EDTA e lisozima viene utilizzato per distruggere le cellule di E. coli. Tecniche più rigorose includono la macinazione delle cellule, il trattamento con ultrasuoni e l'estrusione. Lo sfregamento viene solitamente effettuato in presenza di vari materiali abrasivi: sabbia, ossido di alluminio o perle di vetro. Piccoli volumi di materiale possono essere macinati in un mortaio e un pestello, ma per volumi maggiori è necessario utilizzare dispositivi meccanici speciali. Le cellule batteriche vengono spesso distrutte utilizzando gli ultrasuoni. Si ritiene che in questo caso la distruzione avvenga sotto l'influenza delle forze di taglio risultanti dalla cavitazione. Le stesse forze si verificano quando si preme una sospensione cellulare attraverso un piccolo foro, ad esempio quando si distruggono le cellule utilizzando una pressa francese. Esistono molte varietà dei metodi elencati e la loro scelta dipende dalle caratteristiche del sistema di membrane studiato.
Va notato che i frammenti di membrana ottenuti durante la distruzione cellulare di solito formano spontaneamente vescicole. Esempi inclusi:
1) microsomi ottenuti dalla membrana plasmatica, dal reticolo endoplasmatico o da sistemi specializzati come la membrana sarcoplasmatica;
2) particelle mitocondriali inviate dalla membrana mitocondriale interna;
3) sinaptosomi formati quando le terminazioni nervose vengono strappate nell'area dei contatti sinaptici;
4) vescicole di membrana batterica formate dalla membrana plasmatica di E. coli. Le vescicole si formano anche da altri sistemi di membrane, ad esempio dalle membrane dell'apparato di Golgi. Nella maggior parte dei casi la loro dimensione dipende fortemente dal metodo di distruzione cellulare. Ciò è particolarmente importante poiché la dimensione delle vescicole determina in gran parte la velocità della loro sedimentazione durante la centrifugazione e il loro comportamento durante le successive fasi di purificazione della membrana. Alcune membrane non formano vescicole, in particolare le membrane delle superfici laterali delle cellule animali in contatto tra loro. Quando tali cellule vengono distrutte, una coppia di frammenti di membrana adiacenti, tenuti insieme dall'area di contatto, si separano. La presenza di tali contatti impedisce ai frammenti di chiudersi in vescicole, quindi le membrane vengono rilasciate sotto forma di placche o strutture nastriformi.
Anche la scelta corretta del mezzo è di grande importanza quando si distruggono le cellule. Ad esempio, per mantenere la chiusura degli organelli di membrana, si dovrebbe utilizzare un mezzo che sia isosmotico rispetto al loro contenuto interno. Molto spesso, per questo viene utilizzata una soluzione di saccarosio in una concentrazione di 0,25-0,30 M. In alcuni casi, è meglio usare sorbitolo e mannitolo. Va notato che il mantenimento dell'isotonicità gioca un ruolo importante anche nelle fasi successive dell'isolamento preparativo degli organelli intatti.
4.2 Separazione della membrana
Attualmente, la centrifugazione viene spesso utilizzata per separare le membrane. Le particelle di membrana possono essere classificate in base alla velocità di sedimentazione o alla densità di galleggiamento. Il primo metodo è chiamato centrifugazione zonale e la separazione avviene secondo i valori S, mentre il secondo è centrifugazione isopicnica e la separazione avviene in condizioni di densità di equilibrio. In pratica, di solito viene utilizzato un ibrido tra questi due metodi. La Figura 1.7 mostra la posizione di alcune unità subcellulari sul piano delle coordinate “S-g”.
L'asse delle ascisse mostra i coefficienti di sedimentazione delle particelle e l'asse delle ordinate mostra la densità.
Il principio della separazione in base alla velocità di sedimentazione può essere facilmente compreso confrontando i valori S di diverse frazioni. Ad esempio, i nuclei hanno valori S relativamente alti, cioè la loro velocità di sedimentazione è significativamente più alta di quella della maggior parte degli altri organelli subcellulari. I nuclei possono essere pellettizzati selettivamente mediante centrifugazione dell'omogenato cellulare, lasciando tutti gli altri organelli nel surnatante. Allo stesso tempo, il reticolo endoplasmatico liscio e ruvido non può essere separato mediante centrifugazione zonale.
Le differenze nella loro densità vengono spesso utilizzate per isolare diverse frazioni di membrana da un omogenato cellulare. A questo scopo la centrifugazione viene effettuata in gradiente di densità. Il saccarosio viene spesso utilizzato per creare un gradiente di densità, ma questo metodo presenta seri inconvenienti. Per ottenere la densità necessaria per separare le varie frazioni di membrana è necessario preparare soluzioni con elevate concentrazioni di saccarosio, che abbiano un'elevata viscosità e siano anche ipertoniche. L'introduzione di organelli subcellulari in una soluzione ipertonica di saccarosio porta alla loro disidratazione e il successivo passaggio della soluzione a condizioni isotoniche è spesso accompagnato da lisi e danni agli organelli. Un altro problema è che molti organelli di membrana sono permeabili al saccarosio. Ciò può anche portare alla distruzione osmotica degli organelli. La penetrazione del saccarosio negli organelli di membrana separati può modificarne la densità effettiva.
Tabella 1.1. Il tempo fisico utilizza sempre più altri media per creare un gradiente di densità. Alcuni di questi ambienti sono elencati nella Tabella 1.1
Per risolvere questi problemi, le ultime proprietà dei media gradienti.
1. Ficoll. Polimero idrofilo del saccarosio ad alto peso molecolare, che può essere utilizzato per ottenere soluzioni con una densità fino a 1,2 g/ml. Il suo principale vantaggio è la bassa pressione osmotica delle soluzioni rispetto a soluzioni con una concentrazione equivalente di saccarosio. Grazie a questo, è possibile creare soluzioni isotoniche in tutto l'intervallo di concentrazioni grazie all'inclusione aggiuntiva di saccarosio o sali fisiologicamente accettabili nel mezzo. Gli svantaggi sono l'elevata viscosità delle soluzioni risultanti e la dipendenza significativamente non lineare della viscosità e dell'osmolarità dalla concentrazione.
2. Metrizamide. Le soluzioni di metrizamide e benzamide di glucosio sostituite con triiodo hanno una densità maggiore rispetto alle soluzioni di Ficoll alle stesse concentrazioni. Il vantaggio principale delle soluzioni di metrizamide è la loro bassissima viscosità, che consente una separazione più rapida. Una soluzione di metrizamide al 35% ha un'osmolarità quasi fisiologica, per cui la maggior parte delle operazioni di separazione delle membrane può essere effettuata senza esporle a soluzioni ipertoniche. Il metrizoato di sodio è un composto correlato alla metrizamide con proprietà simili, con l'unica differenza che la sua soluzione è isotonica ad una concentrazione di circa il 20%. Il metrizoato di sodio viene utilizzato principalmente per isolare le cellule intatte. Anche Nicodenz è un derivato dell'acido triiodobenzoico, ma ha tre catene laterali idrofile. Quando centrifugato forma rapidamente un proprio gradiente di densità; utilizzato per isolare gli organelli subcellulari.
Percol. Una sospensione colloidale di gel di silice, le cui particelle sono rivestite con polivinilpirrolidone. Questo rivestimento riduce gli effetti tossici del gel di silice. Il vantaggio principale di Percoll è che non penetra nelle membrane biologiche e le sue soluzioni hanno bassa viscosità e bassa osmolarità. A causa della grande dimensione delle particelle, la centrifugazione della soluzione Percoll a velocità moderate porta alla formazione di un gradiente di densità. Pertanto, la separazione di solito avviene molto rapidamente. Il mezzo utilizzato per la centrifugazione può essere isotonico in tutto il suo volume a causa dell'inclusione di sali o saccarosio. Non è difficile creare un gradiente delicato, che consente una separazione molto efficace delle frazioni di membrana in base alla loro densità di galleggiamento.
Sorbitolo e mannitolo. Queste sostanze vengono talvolta utilizzate al posto del saccarosio perché, secondo i dati pubblicati, penetrano meno bene in alcune membrane biologiche rispetto al saccarosio.
Si noti che il glicerolo non viene utilizzato per creare un gradiente di densità, poiché non può raggiungere valori di densità sufficientemente elevati. I sali di metalli alcalini, come CsCl, vengono utilizzati solo quando sono richieste soluzioni ad alta densità. Ma va tenuto presente che nelle concentrazioni richieste per creare una densità di equilibrio, questi sali hanno spesso un effetto dannoso sugli organelli di membrana.
Vengono utilizzati anche altri metodi per isolare le membrane dagli omogenati cellulari, sebbene non così frequentemente come la centrifugazione.
1. Distribuzione delle fasi. In questo caso, la separazione delle particelle della membrana avviene in base alle loro proprietà superficiali. A questo scopo si formano due strati immiscibili di soluzioni acquose di vari polimeri idrosolubili. Un esempio è una miscela di polietilenglicole destrano e ficoll destrano. Le particelle della membrana vengono separate in base alla loro affinità per queste fasi. Queste ultime possono essere selezionate in modo da separare le membrane in base alla loro carica superficiale o idrofobicità.
Elettroforesi continua a flusso libero. In questo caso, la separazione delle particelle avviene in base alla loro carica elettrica. Il farmaco da separare viene introdotto in continuo in un sottile strato di tampone che scorre lungo una parete verticale. In questo caso viene applicato un campo elettrico perpendicolare alla direzione del flusso. Pertanto, la separazione elettroforetica delle particelle avviene attraverso il tampone che scorre, che si raccoglie sul fondo della camera sotto forma di frazioni separate.
Adsorbimento per affinità. La separazione si basa su un'interazione biospecifica tra i componenti della membrana e la fase solida. Con la scoperta degli anticorpi monoclonali è diventato possibile realizzare tecniche preparative basate sull'utilizzo di componenti antigenici specifici per l'isolamento delle membrane. Gli anticorpi risultanti possono essere attaccati covalentemente ad un supporto solido e con il loro aiuto effettuare il legame specifico delle membrane corrispondenti. Questo metodo viene spesso utilizzato per isolare le proteine di membrana. Uno dei problemi che si presentano è legato alla scelta delle condizioni di eluizione della membrana che non causino la denaturazione delle proteine.
Metodo basato sull'utilizzo di microgranuli di gel di silice. Tipicamente, le membrane plasmatiche rappresentano non più di 1°70 della massa totale di tutte le membrane delle cellule eucariotiche. Pertanto, l'isolamento di membrane plasmatiche assolutamente pure è irto di grandi difficoltà. Un approccio sviluppato specificatamente per isolare le membrane plasmatiche si basa sull'uso di microsfere di gel di silice cationizzato. Questi granuli sono fortemente adsorbiti sulla superficie esterna della membrana plasmatica delle cellule intatte e la frazione di membrane plasmatiche associata ai granuli viene facilmente separata lungo il gradiente di densità del saccarosio dalle altre membrane a causa della maggiore densità dei granuli. La particolarità di questo metodo è che nella preparazione risultante la membrana plasmatica con la sua superficie interna viene trasformata in soluzione.
4.3 Criteri di purezza per le frazioni di membrana
Forse il criterio più oggettivo per la purezza della frazione di membrana isolata è la presenza in essa di qualsiasi componente unico contenuto solo in questa membrana o in essa predominante. Tipicamente, tali componenti sono enzimi, che in questo caso sono chiamati marcatori. Un elenco di enzimi marcatori utilizzati per controllare la purezza delle frazioni di membrana è riportato nella Tabella 1.2. Quando si determina l'attività dell'enzima, si dovrebbe tenere conto del fatto che potrebbe essere in forma latente, ad esempio, a causa del fatto che è localizzato sulla superficie interna delle vescicole di membrana secrete. Altri problemi associati alla valutazione della purezza delle membrane isolate vengono discussi nella revisione. Va notato che i metodi raccomandati nella maggior parte dei casi sono abbastanza consolidati e standardizzati.
In alcuni casi, i marcatori di membrana più convenienti non sono enzimi, ma recettori specifici per lectine, ormoni, tossine o anticorpi. Se i sistemi in studio sono ben caratterizzati, la purezza della frazione di membrana può essere giudicata dalla sua composizione proteica, determinata mediante elettroforesi su gel di poliacrilammide in presenza di sodio dodecil solfato. Ad esempio, la membrana esterna dei batteri gram-negativi ha un insieme caratteristico di polipeptidi che non si trovano nella membrana citoplasmatica.
Tabella 1.2 Marcatori utilizzati per controllare la purezza delle frazioni di membrana isolate da cellule di mammifero "
Frazione di membrana Enzima marcatore Membrane plasmatiche 5"-Nucleotidasi Fosfodiesterasi alcalina Na */K + -ATPasi (basolaterale-
membrana epiteliale cellule) Adenilato ciclasi (basale membrana degli epatociti) Aminopeptidasi (membrana epitelio del bordo a spazzola) Mitocondri (interni Citocromo c ossidasi membrana) Succinato-citocromo c-ossido- reduttasi Mitocondri (esterni Monoamminossidasi membrana) Lisosomi Fosfatasi acida 0-galattosio Perossisomi Catalasi Urato ossidasi D-aminoacido ossidasi Membrane del dispositivo Galattosiltransferasi Golgi Endoplasmatico Glucosio-6-fosfatasi reticolo Colina fosfotransferasi NADPH-citocromo c-ossido- reduttasi Citosol Lattato deidrogenasi Altri criteri in base ai quali è possibile giudicare la purezza delle membrane includono la loro morfologia, rivelata dalla microscopia elettronica, e le caratteristiche della composizione chimica. Ad esempio, le frazioni che rappresentano la membrana plasmatica, l'apparato di Golgi o i mitocondri possono essere identificate dalla loro morfologia. In alcuni casi, il farmaco è caratterizzato dal suo contenuto di colesterolo. Ad esempio, le membrane mitocondriali contengono molto meno colesterolo delle membrane dell'apparato di Golgi e delle membrane plasmatiche.
Ci sono molecole detergenti per micella. Negli studi sulle membrane viene utilizzata una gamma abbastanza limitata di detergenti. Nella tabella 1 presenta quelli che più spesso vengono utilizzati per la solubilizzazione e la ricostruzione delle membrane. Questi detersivi sono caratterizzati da valori CMC abbastanza elevati (10-4-10-2 M) e dal fatto di appartenere alla categoria dei cosiddetti detersivi morbidi, cioè tali...
La formazione di un doppio strato è una proprietà speciale delle molecole lipidiche e avviene anche all'esterno della cellula. Le proprietà più importanti di un doppio strato: - capacità di autoassemblarsi - fluidità - asimmetria. 1.2. Sebbene le proprietà di base delle membrane biologiche siano determinate dalle proprietà del doppio strato lipidico, le funzioni più specifiche sono fornite dalle proteine di membrana. La maggior parte di essi penetra nel doppio strato sotto forma di un unico...
Lo studio delle proteine contenute nella membrana plasmatica degli eritrociti ha permesso di formulare nuove idee sulla struttura delle membrane. In particolare, è stato suggerito che almeno alcune membrane abbiano uno “scheletro”. La membrana eritrocitaria umana contiene cinque proteine principali e un gran numero di proteine minori. La maggior parte delle proteine di membrana sono glicoproteine. Le proteine integrali nella membrana eritrocitaria includono la glicoforina (“trasportatore dello zucchero”). Il suo peso molecolare è 30.000; la glicoforina contiene 130 residui aminoacidici e molti residui zuccherini, che rappresentano circa il 60% dell'intera molecola. Ad un'estremità della catena polipeptidica si trova una testa idrofila di struttura complessa, che comprende fino a 15 catene oligosaccaridiche, ciascuna delle quali è costituita da circa 10 residui di zucchero. All'altra estremità della catena polipeptidica della glicoforina si trovano numerosi residui di acido glutammico e aspartico (Fig. 12-20), che a pH 7,0 portano una carica negativa. Al centro della molecola, tra le due estremità idrofile, è presente un tratto della catena polipeptidica contenente circa 30 residui amminoacidici idrofobici. L'estremità ricca di zucchero della molecola di glicoforina è localizzata sulla superficie esterna della membrana eritrocitaria, sporgendo da essa sotto forma di un cespuglio. Si ritiene che la regione idrofobica situata nel mezzo della molecola di glicoforina passi attraverso il doppio strato lipidico e l'estremità polare con residui di amminoacidi caricati negativamente sia immersa nel citosol. La testa ricca di zucchero della glicoforina contiene determinanti antigenici che determinano il gruppo sanguigno (A, B o O). Inoltre, contiene aree che legano alcuni virus patogeni.
Un'altra importante proteina della membrana eritrocitaria, la spettrina, rappresenta fino al 20% della quantità totale di proteine nella membrana.
Riso. 12-20. Molecola di glicoforina nella membrana degli eritrociti. Le catene ramificate di carboidrati che sporgono dalla membrana portano sezioni specifiche che determinano il gruppo sanguigno, nonché sezioni responsabili del legame di alcuni virus.
Questa proteina periferica si trova sulla superficie interna della membrana; è facile da estrarre. La molecola della spettrina è costituita da quattro catene polipeptidiche, il cui peso molecolare totale è di circa 1 milione; queste catene formano lunghi bastoncini flessibili lunghi 100-200 nm. Legandosi ad alcune proteine e lipidi sulla superficie interna della membrana eritrocitaria, le molecole di spettrina formano un reticolo flessibile, che apparentemente svolge il ruolo dello scheletro della membrana. I microfilamenti di actina si legano anche alla spettrina ed è molto probabile che siano loro a collegare tra loro i bastoncini di spettrina. Possiamo quindi dire che la membrana eritrocitaria ha uno scheletro, o struttura, su cui sono attaccati specifici lipidi e proteine di membrana (Fig. 12-21).
Le membrane plasmatiche di altre cellule hanno una struttura più complessa.
Riso. 12-21. Rappresentazione schematica di una sezione della membrana eritrocitaria. Il diagramma mostra le "antenne" di oligosaccaridi formate da glicoproteine e glicolipidi di membrana, catene laterali di oligosaccaridi della glicoforina, nonché una base scheletrica di molecole di spettrina collegate tra loro da brevi filamenti di actina attaccati alla superficie interna della membrana.
Sulla superficie esterna delle cellule in molti tessuti densi è presente un'altra importante glicoproteina: la fibronectina (Sezione 11.12), che ha un'elevata capacità adesiva e, possibilmente, garantisce l'adesione reciproca di cellule dello stesso tipo.
I liposomi, o vescicole fosfolipidiche (bolle), si ottengono solitamente rigonfiando fosfolipidi secchi in acqua o iniettando una soluzione di lipidi nell'acqua. In questo caso si verifica l'autoassemblaggio di una membrana lipidica bimolecolare. L'energia di Gibbs minima corrisponde alla forma monolamellare sferica chiusa della membrana. In questo caso, tutte le code idrofobiche non polari si trovano all'interno della membrana e nessuna di esse entra in contatto con le molecole di acqua polare (Fig. 1.11). Tuttavia, si ottengono più spesso liposomi multilamellari non sferici costituiti da diversi strati bimolecolari: liposomi multistrato.
Riso. 1.11. Schema della struttura di un liposoma a strato singolo
I singoli strati bimolecolari di un liposoma multistrato sono separati da un mezzo acquoso. Lo spessore degli strati lipidici è, a seconda della natura dei lipidi, di 6,5 - 7,5 nm e la distanza tra loro è di 1,5 - 2 nm. Il diametro dei liposomi multistrato varia da 60 nm a 400 nm o più.
I liposomi monostrato possono essere ottenuti con vari metodi, ad esempio da una sospensione di liposomi multistrato trattandoli con ultrasuoni. Il diametro dei liposomi a strato singolo ottenuti con questo metodo è 25-30 nm. Sono stati sviluppati anche altri metodi per produrre liposomi a strato singolo, compresi quelli con un diametro fino a 400 nm o più.
I liposomi sono in qualche modo un prototipo di cellula. Servono come modello per studiare varie proprietà delle membrane cellulari.
I liposomi hanno trovato applicazione diretta in medicina. Ad esempio, un farmaco può essere racchiuso all’interno di liposomi e utilizzato come microcapsula fosfolipidica per somministrare il farmaco a organi e tessuti specifici. I liposomi non sono tossici (con la corretta selezione dei lipidi), vengono completamente assorbiti dall'organismo e sono in grado di superare alcune barriere biologiche. Pertanto, l'insulina racchiusa in un liposoma è protetta dall'azione degli enzimi digestivi. Attualmente si sta esplorando la possibilità di somministrare questo farmaco nei liposomi per via orale, il che potrebbe risparmiare ai pazienti diabetici la necessità di iniezioni sistematiche. È in corso il lavoro per sviluppare metodi per la terapia liposomiale per tumori, deficit enzimatici e aterosclerosi. È allo studio la possibilità di somministrazione mirata di un farmaco racchiuso in liposomi in un organo malato o addirittura in un'area malata (in particolare, nella zona interessata del cuore).
Per fare ciò, una molecola proteica - un anticorpo contro il corrispondente antigene di membrana dell'organo bersaglio - viene attaccata al liposoma. I liposomi vengono trasportati attraverso il flusso sanguigno in tutto il corpo e vengono trattenuti una volta che sono vicini all'organo bersaglio.
Nonostante le prospettive interessanti della terapia liposomiale, restano ancora molti problemi irrisolti.
Riso. 1.12. Formazione di una membrana lipidica piatta a doppio strato
Membrane lipidiche piatte a doppio strato (BLM) - un altro tipo di membrane modello. Tali membrane sono prodotte su piccoli fori con un diametro di circa 1 mm in una piastra di plastica (ad esempio fluoroplastica) immersa in un ambiente acquoso. Sul foro viene applicata una goccia di una soluzione lipidica (in alcool, cloroformio, eptano o altri solventi). Il solvente si diffonde dalla soluzione nell'acqua, lasciando una pellicola lipidica sul foro. Questo film si assottiglia spontaneamente fino a formare uno strato bimolecolare spesso circa 6 nm. Il lipide in eccesso si raccoglie sotto forma di un bordo toroidale ai bordi del foro (Fig. 1.12).
Le membrane lipidiche planari, insieme ai liposomi, sono ampiamente utilizzate come modelli per studiare le proprietà elettriche delle membrane, la permeabilità delle membrane e altri studi scientifici. Utilizzando membrane modello, vengono studiate numerose funzioni delle membrane biologiche, comprese le funzioni di barriera (ad esempio, selettività della permeabilità - buona permeabilità per l'acqua e scarsa permeabilità per gli ioni). Il trasporto biologico può essere simulato introducendo molecole trasportatrici nella membrana del modello.
testare domande, compiti, compiti
1. La capacità elettrica specifica della membrana assonica, misurata mediante un microelettrodo intracellulare, è risultata pari a 0,5 microfarad/cm 2. Utilizzando la formula di un condensatore piatto, stimare lo spessore dello strato idrofobo della membrana con una costante dielettrica pari a 2.
2. Qual è la distanza percorsa in 1 secondo da una molecola di fosfolipide sulla superficie della membrana eritrocitaria in seguito alla diffusione laterale? Il coefficiente di diffusione laterale viene considerato pari a 10~ 12 m 2 /s. Confrontare con la circonferenza di un globulo rosso con un diametro di 8 micron.
3. Durante la transizione di fase dei fosfolipidi di membrana dallo stato liquido cristallino al gel, lo spessore del doppio strato cambia. Come cambierà la capacità elettrica della membrana? Come cambierà l'intensità del campo elettrico nella membrana?
4. Utilizzando molecole di fosfolipidi marcate con spin, è stato stabilito un gradiente di viscosità attraverso lo spessore della membrana. Descrivi l'esperimento. Dov'è maggiore la viscosità: sulla superficie della membrana o al suo centro?
test standard di controllo della corrente
1.1. Spessore della membrana biologica:
1.10 A 3.0.1 µm
2,10 nm 4,10 µm
1.2. Il modello a mosaico fluido di una membrana biologica comprende:
1. strato proteico, polisaccaridi e lipidi superficiali!
2. monostrato lipidico e colesterolo
3. doppio strato lipidico, proteine, microfilamenti
4. doppio strato lipidico
1.3. La parte lipidica della membrana biologica si trova nel seguente stato fisico:
1. liquido amorfo
2. solido cristallino
3. solido amorfo
4. cristalli liquidi
1.4. Capacità elettrica specifica della membrana dell'assone:
1. 0,5 10 -4 F/m2 3. 0,5 10 -2 F/cm2
2. 0,5 Yu -2 F/m 2 4. 0,5 10 -12 F/m 2
1.5. Il tempo caratteristico di trasferimento di una molecola di fosfolipidi da una posizione di equilibrio all'altra durante la loro diffusione:
infradito laterale
1. 10 -7 – 10 -8 ~1 ora
2. 10 -10 – 10 -12 10 -7 – 10 -8 s
3. 1 – 2 ore 10 – 50 s
1.6. La transizione di fase del doppio strato lipidico delle membrane dallo stato liquido cristallino a quello di gel è accompagnata da:
1. assottigliamento della membrana
2. lo spessore della membrana non cambia
3. ispessimento della membrana
CAPITOLO 2. TRASPORTO DI SOSTANZE ATTRAVERSO MEMBRANE BIOLOGICHE
I sistemi viventi a tutti i livelli di organizzazione sono sistemi aperti. Pertanto, il trasporto di sostanze attraverso le membrane biologiche è una condizione necessaria per la vita. Al trasferimento di sostanze attraverso le membrane sono associati i processi metabolici cellulari, i processi bioenergetici, la formazione di biopotenziali, la generazione di un impulso nervoso, ecc .. La violazione del trasporto di sostanze attraverso le biomembrane porta a varie patologie. Il trattamento spesso prevede la penetrazione dei farmaci attraverso le membrane cellulari. L'efficacia di un farmaco dipende in gran parte dalla permeabilità della membrana.
Il concetto di potenziale elettrochimico è di grande importanza per descrivere il trasporto delle sostanze.
Il potenziale chimico di una data sostanza μ k è un valore numericamente uguale all'energia di Gibbs per una mole di questa sostanza. Matematicamente, il potenziale chimico è definito come la derivata parziale dell'energia di Gibbs G rispetto alla quantità k-ro della sostanza, a temperatura T costante, pressione P e quantità di tutte le altre sostanze m 1 (l≠k):
Per una soluzione diluita della concentrazione della sostanza C:
dove μ Q è il potenziale chimico standard, numericamente uguale al potenziale chimico di una data sostanza alla sua concentrazione di 1 mol/l in soluzione.
Il potenziale elettrochimico μ è un valore numericamente uguale all'energia di Gibbs G per una mole di una data sostanza posta in un campo elettrico.
Per soluzioni diluite
dove F = 96500 C/mol è il numero di Faraday, Z è la carica dello ione elettrolitico (in unità di carica elementare), φ è il potenziale del campo elettrico, T [K] è la temperatura.
Il trasporto di sostanze attraverso le membrane biologiche può essere suddiviso in due tipologie principali: passivo e attivo.
nella direzione opposta
Caricamento...
