КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ЦЕНТР «ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ»

Рекомендовано Вченою радою

Навчально-наукового центру

«Інститут біології»,

протокол №9 від 19 квітня 2011 року

Конспект лекцій з курсу дисципліни спеціалізації «Біофізика

мембран» для студентів кафедри біофізики

Навчально-наукового центру «Інститут біології»

К.І. Богуцька, Ю.І. Прилуцький

Це навчальне видання призначене для студентів кафедри біофізики ННЦ

«Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса

Шевченка, які вивчають дисципліну «Біофізика мембран» як курс спеціалізації.

У методичних розробках розглядаються теми лекцій, які містять основні

теоретичні відомості з цього курсу. Наприкінці кожної з них наводяться

завдання та задачі для самостійної роботи, розв’язок яких допоможе студентам

закріпити теоретичний матеріал. У додатку наведено орієнтовний навчально-

тематичний план лекцій дисципліни «Біофізика мембран».

Рецензент: д-р біол. наук, проф. В.К. Рибальченко

Київ – 2011

2

Перелік тем лекцій:

стор.

Лекція №1. «Історичний огляд становлення мембранології»

1. Рання історія мембранології.

2. Досліди Гортера-Гренделя.

3. Історичні моделі організації біомембран. Модель Даніелі-Давсона.

4. Сучасні моделі організації біомембран:

а) рідинно-мозаїчна;

б) миготлива;

в) метаморфно-мозаїчна;

г) молекулярно-механічна.

5. Явище асиметрії мембран.

5

Лекція №2. «Мембрана як універсальний компонент біологічних

систем: загальні принципи організації біомембран»

1. Умови існування живих клітин.

2. Основні функції біологічних мембран.

3. Призначення клітинних мембран.

11

Лекції №3 та №4. «Ліпіди біомембран»

1. Ліпідний склад біомембран (специфічність фосфоліпідного складу

біомембран).

2. Функції мембранних ліпідів.

3. Характеристика ліпідних молекул. Амфіфільність.

4. Будова ліпідів мембран:

а) хімічна структура молекули фосфоліпіду;

б) полярні групи фосфоліпідів.

5. Переміщення молекул ліпідів у мембрані.

6. Гіпотеза петлі (кінку). Конфігурації вуглеводневих ланцюгів.

15

Лекція №5. «Особливості міжмолекулярних взаємодій у біомембранах»

1. Ліпід-ліпідні взаємодії.

2. Ліпід-білкові взаємодії.

3. Білок-білкові взаємодії.

22

Лекції №6 та №7. «Застосування фізико-хімічних методів для

дослідження біологічних мембран»

1. Методи при виділенні біомембран.

2. Критерії чистоти мембранних фракцій.

3. Солюбілізація ліпідів.

4. Мембранні білки: структура та функції.

26

3

5. Методи солюбілізації мембранних білків.

6. Детергенти (класифікація, приклади).

7. Взаємодія детергента з мембраною.

8. Методи дослідження білків мембран.

Лекція №8. «Модельні мембранні системи»

1. Моношари. Моношар на межі поділу вода-повітря.

2. Бішарові ліпідні мембрани (БЛМ).

3. Ліпосоми – модель дослідження біомембран.

4. Властивості штучних мембран, їх використання.

5. Визначення провідності та ємності БЛМ.

6. Штучні БЛМ – модель для дослідження іонної проникності клітинних

мембран.

36

Лекція №9. «Рідкі кристали»

1. Історія відкриття рідких кристалів (РК).

2. Молекулярна будова та структура РК.

3. Класифікація РК:

а) нематичні;

б) смектичні;

в) холестеричні.

4. Властивості РК:

а) термотропні;

б) ліотропні.

5. Поліморфізм ліпідів.

6. Водно-ліпідні суміші.

47

Лекції №10 та №11. «Фазові переходи ліпідів у мембранах»

1. Зміна властивостей мембрани за фазового переходу.

2. Фізіологічна роль фазового переходу «рідина-тверде тіло» у

мембранах.

3. Фазовий перехід і пластичність біомембран (кривизна, розриви).

4. Метод диференційної сканувальної мікрокалориметрії: криві

теплоємності та плавлення.

5. Температура фазового переходу.

6. Методи вимірювання кривих плавлення:

а) аналіз кривих ДСК;

б) вимірювання флуоресценції зондів.

7. Фазова рівновага.

8. Кооперативність фазових переходів.

9. Кінетика фазового переходу.

10. Термодинамічні параметри фазових переходів.

11. Теорії фазового переходу.

54

4

Лекція №12. «Ліпідні пори: будова та роль у функціонуванні біологічних

мембран»

1. Ліпідні пори і стабільність мембран.

2. Модель ліпідної пори.

3. Ліпідні пори і проникність мембран.

4. Мембранні пори, які створюються екзогенними агентами.

66

Лекція №13. «Злиття мембран»

1. Злиття біомембран при екзоцитозі.

2. Злиття БЛМ.

3. Механізм напівзлиття.

4. Модель сталків.

5. Молекулярна геометрія ліпідів.

72

Додаток.

Орієнтовний навчально-тематичний план лекцій дисципліни

«Біофізика мембран»

81

5

Лекція №1. «Історичний огляд становлення мембранології»

Положення про те, що плазматична мембрана, яка оточує клітину, є

певною структурою, було усвідомлене ще в середині ХІХ ст.

Мембрана – оболонка, перепонка, шкірка. Біологічні мембрани (клітинні,

або плазматичні) – структури, які відмежовують (відокремлюють) клітини та

внутрішньоклітинні органоїди (мембрани мітохондрій, хлоропластів, лізосом,

ендоплазматичного ретикулуму та ін.). Склад мембран: містять ліпіди, білки,

вуглеводи, різні макромолекули, а також у невеликих кількостях коферменти,

нуклеїнові кислоти, неорганічні іони та ін.

40-і рр. ХІХ ст. – Дюбуа-Реймон повідомив, що між внутрішньою та

зовнішньою поверхнями шкіри жаби існує різниця електричних потенціалів.

1851 р. – фон Моль описав плазмоліз клітин рослин.

1855 р. – фон Негелі пояснив осмотичні властивості клітин наявністю у

них напівпроникних клітинних мембран. Фік встановив закон дифузії.

1877 р. – Пфеффер опублікував свою працю «Дослідження осмосу», де

постулював існування клітинних мембран, порівнював клітини з осмометрами,

які мають штучні напівпроникні мембрани.

80-і рр. ХІХ ст. – де Фріз продовжив осмометричні дослідження рослинних

клітин. Його дослідження слугували фундаментом при створенні фізико-

хімічної теорії осмотичного тиску та електролітичної дисоціації Вант Гоффом

та Арреніусом.

1888 р. – Нернст отримав рівняння для рівноважного потенціалу

мембрани.

1890 р. – Оствальд висловив припущення про можливу роль мембран у

біоелектричних процесах.

Овертон виміряв проникність мембрани для значної кількості різних

сполук, виявив залежність між розчинністю цих сполук у ліпідах та здатністю

речовин проникати крізь мембрани. Звернув увагу на існування кореляції між

швидкістю, з якою невеликі молекули проникають всередину рослинної

клітини, та коефіцієнтом їх розподілу між олією і водою. Зробив висновок про

ліпідну природу біомембран.

Існування клітинних мембран пізніше було підтверджене у дослідах

Хебера, який встановив, що непошкоджені еритроцити мають високий

електричний опір.

Подальші дослідження Чамберса, Міхаеліса, Бойля, Конвея та Діна

сприяли відкриттю активного транспорту, вивченню розподілу іонів та

вибіркової проникності, тобто створенню та розвитку біологічної

мембранології.

Більшість Нобелівських премій того періоду були присуджені за наукові

роботи, які, так чи інакше, були пов’язані з дослідженням біомембран.

Наприклад, за вивчення слухових базилярних мембран (Дж. Бекеші, 1961 р.,

отоларингологія), електричного потенціалу при збудженні та іонних струмів

(А.Я. Ходжкін з співав., 1963 р., нейрофізіологія), мембранних ліпідів (Ф.

6

Лайнен, 1964 р., біоенергетика), мембран зорових клітин (Дж. Уолд, 1967 р.,

офтальмологія), синаптичних мембран та передачі хімічного сигналу (Дж.

Аксельрод з співав., 1970 р., молекулярна фармакологія), мембранних

рецепторів гормонів та вторинних месенджерів (Е.У. Сазерленд, 1971 р.,

біохімія), структури мембранних систем (Дж.Е. Пелед з співав., 1974 р.,

електронна мікроскопія), лізосом (К.Р. Де Дюв, 1974 р., клітинна патологія)

тощо.

Перша модель будови біологічних мембран запропонована у 1902 році.

Овертон, як вже зазначалось вище, помітив, що через мембрани найкраще

проникають речовини, які добре розчинні в ліпідах, і на основі цього зробив

висновок, що біологічні мембрани складаються з тонкого шару фосфоліпідів.

Насправді, на межі поділу полярного та неполярного середовищ (наприклад,

води і повітря) молекули фосфоліпідів утворюють мономолекулярний шар. Їхні

полярні частини занурені у полярне середовище, а неполярні – зорієнтовані в

бік неполярного середовища. Тому можна припустити, що біологічні мембрани

побудовані з моношарів ліпідів.

У 1925 р. Гортер і Грендел виявили, що площа моношару ліпідів,

екстрагованих з мембран еритроцитів, вдвічі більша сумарної площі

еритроцитів. Вони виділяли ліпіди з гемолізованих еритроцитів ацетоном,

потім випарювали розчин на поверхні води і вимірювали площу

мономолекулярної плівки ліпідів, яка при цьому утворилась. На основі

отриманих результатів було зроблено припущення, що ліпіди у мембрані

розміщуються у вигляді бімолекулярного шару. Коул і Кертіс (1935 р.) при

вивченні електричних параметрів біологічних мембран встановили їх високий

електричний опір RМ107 Омм

2 та значну питому електроємність Сп0,510

-2

Ф/м2. Провідникові пластини конденсатора утворюють електроліти

зовнішнього і внутрішнього розчину (позаклітинного та цитоплазми).

Провідники розділені ліпідним бішаром. Ліпіди – діелектрики з діелектричною

проникністю =2. Ємність плоского конденсатора визначається за формулою

l

SC 0

εε ,

де 0=8,8510-12

Ф/м – електрична стала, S – площа пластини конденсатора, l –

відстань між пластинами конденсатора. Ємність на одиницю площі (питома

ємність):

lC 0п

εε .

За цією формулою можна оцінити відстань між пластинами конденсатора,

яка відповідає у нашому випадку товщині ліпідної мембрани:

нммC

l 5,3105,0

21085,8εε

2

12

п

0

.

Отримане значення співпадає за порядком з величиною товщини

неполярної частини двомолекулярного шару ліпідів.

Разом з тим, існували експериментальні дані, які свідчили, що у складі

біологічної мембрани присутні білкові молекули. Наприклад, при вимірюванні

7

поверхневого натягу клітинних мембран було встановлено, що значення

коефіцієнта поверхневого натягу істотно ближче до коефіцієнту поверхневого

натягу на межі поділу вода-білок (0,1 дін/см), ніж на межі поділу ліпід-вода

(близько 10 дін/см). Це протиріччя експериментальних результатів було

усунене Даніелі та Давсоном, які в 1935 р. запропонували так звану

«бутербродну» модель будови біологічної мембрани (рис. 1.1). Ця модель з

деякими несуттєвими змінами була загальноприйнятою в мембранології

протягом 40 років. Згідно з нею, мембрана – тришарова структура: вона

утворена двома розміщеними по краям шарами білкових молекул, з ліпідним

бішаром посередині. Побачити та сфотографувати мембрану вдалося лише в

40-і рр. ХХ ст. при застосуванні електронного мікроскопа.

зовнішня поверхня

ліпідний шар

внутрішня поверхня

Рис. 1.1. Модель структурної організації біомембрани за Даніелі-Давсоном.

Розглянемо історичні моделі будови мембрани.

1935 р. – Даніелі та Давсон сформулювали гіпотезу про подвійність

ліпідного шару, який визначає будову плазматичної мембрани.

1964 р. – Робертсон ввів положення про асиметричність в будові

біомембрани.

1966 р. – Ленард та Сингер запропонували рідинно-мозаїчну модель

структури біомембрани.

1970 р. – Вандеркой та Грін запропонували білково-кристалічну модель

структури бішарової мембрани. Наявність у мембрані жорстокої білкової

структури обумовлена дальнодіючими білок-білковими взаємодіями.

Сучасні моделі. Рідинно-мозаїчна модель. Сукупність результатів,

отриманих фізико-хімічними методами досліджень, сприяли появі нової моделі

будови біологічних мембран – рідинно-мозаїчної (Сингер і Нікольсон, 1972 р.)

(рис. 1.2).

Структурну основу біологічної мембрани складає подвійний шар ліпідів

(плинний фосфоліпідний бішар, у який занурені білки), інкрустований білками,

подібно мозаїці. Розрізняють поверхневі (або периферичні) та інтегральні білки.

За фізіологічних умов ліпіди знаходяться у рідкому агрегатному стані. Це

дозволяє порівняти мембрану з фосфоліпідним «морем», в якому плавають

білкові «айсберги». Рідинно-мозаїчна модель будови мембрани є сьогодні

загальноприйнятою. Проте, не всі білки вільно дифундують у рідкому

8

ліпідному бішарі. Деякі ділянки мембран відрізняються за своєю структурою

від класичного ліпідного бішару внаслідок ліпідного поліморфізму. В межах

однієї мембрани можуть знаходитися ділянки з різним ліпідним складом і

функціями. Вважають, що така складна динамічна структура біомембран, для

якої характерні викривлення, фазові переходи, різна товщина, утворення

небішарових структур, визначається взаємодією мембранних білків з ліпідами.

Рис. 1.2. Модель структурної організації біомембрани за Сингером-Нікольсоном.

Ці взаємодії багато в чому забезпечують ефективне виконання мембранами

різноманітних клітинних функцій. Як наслідок, існують різні моделі організації

мембрани, які ми розглянемо далі.

Миготлива модель молекулярної організації біомембрани. Рідинно-

мозаїчна модель не дозволила пояснити дані, отримані у результаті вивчення

ролі ліпідів у передачі сигналів біорегуляторних речовин, зв’язування

лікувальних і токсичних сполук, співвідношення між плазматичною

мембраною, цитоскелетом, глікокаліксом і позаклітинним простором. У зв’язку

з цим на основі нових експериментальних даних було запропоновано

миготливу модель молекулярної організації біомембран [13], яка є

модифікацією рідинно-мозаїчної моделі. Основна її особливість полягає у тому,

що ліпідний матрикс мембрани є не двовимірним, а тривимірним

«розчинником» для мембранних білків. Поверхня мембрани має вигляд не

мозаїки, коли всі білки локалізовані на поверхні, а наче «ряботиння», коли одні

і ті ж молекули білків частково (або повністю) поперемінно локалізовані то на

рівні усередненої поверхні ліпідного матриксу, то вище чи нижче цього рівня.

Метаморфно-мозаїчна модель як ілюстрація динамічних властивостей

біомембран. Метаморфно-мозаїчна модель (рис. 1.3) включає такі процеси:

1. трансмембранне перенесення полярних молекул та іонів (Са2+ та ін.), яке пов’язане з виникненням проміжних утворень типу обернених міцел;

2. взаємодію мембран між собою; 3. злиття мембран та екзоцитоз;

9

4. трансмембранне перенесення білка; 5. компартменталізацію у мембранних системах; 6. утворення пор у мембрані.

Молекулярно-механічна модель будови та функціонування біологічних

мембран. Ця модель дозволяє описати вплив ліпідів на структуру і

функціонування мембранних білків, її порушення під дією сторонніх агентів. В

рамках цієї моделі стає зрозумілою необхідність «рідкої» ліпідної фази, роль

ліпідів у передачі міжмолекулярної і трансмембранної інформації та ін.

Рис. 1.3. Метаморфно-мозаїчна модель організації біомембрани (пояснення 1-6 в

тексті) [6].

У представленій моделі [14] замість параметра мікров'язкості (плинності)

мембрани вводиться інший фізичний параметр – латеральний поверхневий тиск

мембрани (термін «латеральний» підкреслює той факт, що тиск діє у напрямку,

паралельному до поверхні мембрани). Латеральний поверхневий тиск

відображає щільність упаковки молекул у мембрані: чим він менший, тобто чим

нижча щільність упаковки молекул, тим менша мікров'язкість середовища.

Для плазматичної мембрани характерне явище асиметрії, за якими

розподіл та склад ліпідів на цитоплазматичній поверхні мембрани

відрізняються від розподілу та складу на екстраклітинній поверхні.

Явище асиметрії мембран необхідне для забезпечення:

- підтримання вихідної форми клітин; - фіксації білкової орієнтації, що сприяє максимальному прояву активності

(фермент, канал);

- розпізнання антигенів; - регуляції в’язкості плазматичної мембрани; - процесу виведення старих клітин.

10

Асиметрія структури мембрани (~анізотропія мембран) – це залежність

властивостей (структурних, механічних, оптичних, електричних та ін.)

мембрани від способу їх формування.

Розглядають кілька загальних факторів, які регулюють стан плазматичної

мембрани. До них відносять склад жирних кислот, вміст холестеролу, контакт

плазматичної мембрани з цитоскелетом, дію температури, детергентів,

анестетиків, гормонів тощо.

Рекомендована література:

1. Антонов В.Ф. Биофизика мембран // Сорос. образов. журн. – 1996. – №6. – С. 4-12. 2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К.

Биофизика: учеб. – М.: Владос, 2003. – 288 с. (глава 1. Биологические мембраны,

§2. Структура биологических мембран, стр. 9-16).

3. Брик Т.М. Енциклопедія мембран: у 2 т. – К.: Вид. дім «Києво-Могилянська академія», 2005. – Т.1. – 658 с. (стор. 33-34, 509-514 та 560-564).

4. Ващенко О.В. Фізичні властивості рідкокристалічних моделей біомембран: автореф. дис... канд. фіз.-мат. наук: 03.00.02; Харк. нац. ун-т ім. В.Н. Каразіна. –

Х., 2001. – 19 с.

5. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. – М.: Мир, 1997. – 624 с. (глава 1. Введение: структура и состав биологических мембран, §1.2.

Исторический очерк, стр. 9-18).

6. Гринштейн С.В., Кост О.А. Структурно-функциональные особенности мембранных белков // Успехи биол. химии. – 2001. – №41. – С. 77-104.

7. Зима В.Л. Біофізика: Збірник задач: навч. посіб. – К.: Вища школа, 2001. – 124 с. 8. Камкин А.Г., Киселева И.С. Физиология и молекулярная биология мембран клеток:

уч. пособие. – М.: Изд. центр «Академия», 2008. – 592 с. (1.1. Формирование

теории молекулярной организации биологических мембран, стр. 6-10).

9. Костюк П.Г., Зима В.Л., Магура И.С., Мірошниченко М. С., Шуба М.Ф. Біофізика: підруч. – К.: Обереги, 2001. – 544 с. (розділ 7. Клітинні мембрани, §7.4. Рідинно-

мозаїчна структура мембран, стор. 220-224).

10. Остапченко Л.І., Михайлик І.В. Біологічні мембрани: методи дослідження структури і функцій: навч. посіб. – К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський

університет», 2006. – 215 с. (розділ 1. Особливості структури клітинних мембран

та методи їх вивчення, §1. Загальна характеристика структури біологічних

мембран, стор. 7-13).

11. Рубин А.Б. Биофизика: учеб. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. – Т.2 (Биофизика клеточных процессов). – 470 с. (глава ХV. Молекулярная организация

биологических мембран, §1. Состав и строение биологических мембран, стр. 6-10).

12. Рыбальченко В.К., Коганов М.М. Структура и функции мембран: Практикум. – К.: «Вища школа», 1988. – 312 с. (глава І. Основные теоретические сведения о

структуре клеток, §1.3. Представления о структуре биологических мембран, стр.

35-40).

13. Рибальченко В.К., Берегова Т.В., Рибальченко Т.В. Цитофізіологія травлення: навч. посіб. – К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2004. – 244

с. (§1.1. Будова клітини, стор. 9-45).

14. Семенов С.Н. Молекулярно-механическая модель строения и функционирования биологических мембран. [Електронний ресурс] // Режим доступу:

http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6013.html. – 2003.

http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6013.html.%20–%202003

11

15. Шуба М.Ф., Давидовська Т.Л., Прилуцький Ю.І., Жолос О.В., Богуцька К.І. Електробіофізика. – К.: Фітосоціоцентр, 2002. – 152 с. (стор. 4-18).

Контрольні запитання для засвоєння матеріалу:

1. Історичні моделі структури біомембран. 2. Сучасні моделі будови біомембран. 3. Явище асиметрії мембран.

Задачі.

1. Питома електрична ємність мембрани аксона, виміряна внутрішньоклітинним мікроелектродом, дорівнює 0,5 мкФ/см

2. За формулою плоского конденсатора

оцініть товщину гідрофобного шару мембрани з діелектричною проникністю 3.

2. Питома ємність плазматичних мембран нервових клітин становить 104 мкФ/м2. Відносна діелектрична проникність ліпідного шару мембрани дорівнює 4. Оцінити

ефективну товщину мембрани.

3. Мембранний потенціал спокою м’язового волокна становить -98 мВ. Вважаючи, що електричне поле всередині мембрани є однорідне (товщина мембрани 8,5 нм),

знайти напруженість електричного поля в мембрані (літ.: [7], №8.16, стор. 63).

Завдання.

Описати рідинно-мозаїчну модель організації біомембрани. Розшифрувати

позначення на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Рідинно-мозаїчна модель організації біомембрани (пояснення 1-7).

Лекція №2. «Мембрана як універсальний компонент біологічних систем:

загальні принципи організації біомембран»

Елементарна жива система, яка здатна до самостійного існування,

розвитку та відтворення – жива клітина – основа будови тварин, рослин і

мікроорганізмів. Важливі умови існування клітин (клітинних органел) такі:

1. автономність функціонування по відношенню до оточуючого

середовища (речовина не повинна змішуватись з речовиною оточення, має

місце автономність хімічних реакцій у клітині та в її окремих частинах);

12

2. підтримка зв’язку з навколишнім середовищем (неперервне, регульоване

перенесення речовини та енергії – обмін між клітиною та навколишнім

середовищем). Жива клітина – термодинамічно відкрита система.

Поєднання автономності від оточуючого середовища і тісного зв’язку з

середовищем – необхідна умова функціонування живих організмів на всіх

рівнях їх організації. Ось чому найважливішою умовою існування клітини, і,

відповідно, усього живого – є біомембрани.

Виділяють такі основні функції біологічних мембран:

1) бар’єрна функція (забезпечує селективний, регульований, пасивний і

активний обмін речовин клітини з оточуючим середовищем (селективний –

означає вибірковий: одні речовини переносяться через біологічні мембрани,

інші – ні; регульований – проникність мембрани для певних речовин змінюється

залежно від функціонального стану клітини; активний – перенесення проти

градієнту концентрації); завдяки напівпроникності забезпечується селективний

транспорт і розподіл іонів між клітиною та середовищем);

2) матрична функція (забезпечує взаємне розташування та орієнтацію

мембранних білків, їх оптимальну взаємодію (наприклад, взаємодію

мембранних ферментів));

3) механічна функція (забезпечує міцність та автономність клітини і

внутрішньоклітинних структур);

4) енергетична функція (забезпечує синтез АТФ на внутрішніх мембранах

мітохондрій, фотосинтез вуглеводів у мембранах хлоропластів);

5) генерація та проведення біопотенціалів (включає канали, насоси та

обмінники, забезпечує транспорт іонів);

6) рецепторна функція (механічна, акустична, зорова, хімічна,

терморецепція);

7) адгезивна (забезпечує міжклітинні взаємодії);

8) рухлива (забезпечує процес руху клітин);

9) секреторна (забезпечує процес екзо- та ендоцитозу) та ін.

Отже, біомембрани відіграють важливу роль як у структурній організації,

так і в функціонуванні клітин і клітинних органел. Вони:

відділяють клітини від оточуючого середовища; поділяють клітину на компартменти (відсіки); регулюють транспорт речовин до клітини та в органели або у

зворотному напрямку;

забезпечують специфіку міжклітинних контактів; сприймають, посилюють і передають всередину клітини сигнали із

зовнішнього середовища.

Основні (загальні) принципи структурної організації усіх мембран подібні,

однак плазматична мембрана, ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі,

мітохондріальна і ядерна мембрани мають свої суттєві структурні особливості.

Призначення клітинних мембран: 1) механіко-просторова функція; 2)

сенсорно-сигнальна; 3) трансформація енергії; 4) захисна.

1. механіко-просторова функція клітинних мембран полягає у забезпеченні

захисту внутрішньоклітинного простору від механічного впливу чинників

13

навколишнього середовища, підтримуванні сталості об’єму

внутрішньоклітинного простору, оптимальної (згідно з призначенням клітини)

форми і просторового розташування (орієнтації структурних елементів);

2. сенсорно-сигнальна здійснюється завдяки наявності специфічних до дії

медіаторних речовин рецепторів мембрани («клітина–мішень/гормон»), а також

іонних каналів, які включені в клітинну систему збудливих клітин разом з

чутливими рецепторами клітини – «сенсорами», що реагують на зміни

напруження електричного поля в мембрані, сигнальні білки, наявність

транспортних систем;

3. трансформація енергії: а) для клітин тваринного походження – реакції

окисного фосфорилювання, які відбуваються на внутрішніх мембранах

мітохондрій; б) для клітин рослинного походження – фотосинтез

(трансформація енергії квантів світла в енергію хімічних зв’язків);

4. захисна функція: клітинні мембрани – це бар’єр з високовибірковою

проникністю, внаслідок наявності транспортної системи, яка контролює

молекулярний та іонний склад внутрішньоклітинного середовища.

Внутрішньоклітинні мембрани формують ендоплазматичний ретикулум –

складна система внутрішньоклітинних каналів, утворених мембранами, та

цистерн для транспорту речовин з клітини за її межі, також як сховище

поживних речовин; комплекс Гольджі – наступна ланка ланцюга перетворення

поживних речовин – скупчення пухирців, оточених мембраною, із подальшою

модифікацією білків для секреції із клітини; лізосоми – особливі пухирці, які

виконують гідролітичні функції щодо непотрібних білків, полісахаридів, ліпідів

тощо.

Таким чином, функціонально клітинна мембрана розділяє і скеровує

процеси синтезу і деградації сполук, які відбуваються у цитозолі, розділяючи

його на відділи – компартменти.

Розглянемо будову (структурний склад) і властивості біомембран на

прикладі мембрани еритроцитів. Еритроцити – традиційна модель для

біофізичних досліджень при вивченні структурної і функціональної організації

клітинних мембран. У чистому вигляді їх отримати порівняно нескладно,

оскільки вони не містять внутрішньоклітинних мембран. Згідно з рідинно-

мозаїчною моделлю, еритроцитарні мембрани розглядають як неперервний

твердопружний білковий каркас, комірки якого заповнені ліпідним бішаром.

Він представляє собою єдину сітку, організовану за рахунок чисельних слабких

зв’язків (іонних, водневих, Ван-дер-ваальсових та ін.), які діють як на стиках

протомерів, так і всередині них. Цей каркас характеризується високою

еластичністю та обумовлює в’язкопружні властивості інтактних мембран як

цілого. Білковий каркас разом з ліпідною фазою контролює рухливість

мембранних рецепторів і ферментів, а також механічні та морфологічні

властивості клітин.

Еритроцитарна мембрана складається з білків (50%), ліпідів (40%) і

вуглеводів (10%). Більша частина вуглеводів (93%) зв’язана з білками, інша – з

ліпідами. У мембрані еритроцитів ідентифіковано близько 200 різних ліпідів.

Ліпіди у мембрані розміщені асиметрично. Ця асиметрія підтримується,

14

ймовірно, за рахунок поперечного переміщення фосфоліпідів у мембрані, яке

відбувається за допомогою мембранних білків та за рахунок енергії

метаболізму. Спонтанне перевертання (фліп-флоп) сфінголіпідів та

фосфогліцеридів у мембрані – процес повільний, утруднений нездатністю

полярних голівок проникати через гідрофобний шар. У внутрішньому шарі

еритроцитарної мембрани знаходиться головним чином фосфатидилінозитол,

фосфатидилетаноламін, фосфатидилсерин, а у зовнішньому – фосфатидилхолін.

До складу плазматичної мембрани еритроцитів входить не менше ста

різних білків. Найбільш дослідженими з них є такі: спектрин (виконує

структурну роль, є периферичним білком, зв’язаним з внутрішньою частиною

еритроцитарної мембрани), анкірин (периферичний білок), білок, що утворює

аніонний канал, так звані білки смужки 3 (назва походить від рухливості при

електрофорезі в поліакриламідному гелі, складається з 900 амінокислотних

залишків, ймовірно, бере участь у полегшеній дифузії аніонів гідрокарбонату та

іонів хлору через мембрану) та смужки 4.1, глікофорин (інтегральний

глікопротеїн, містить 131 амінокислотний залишок), актиноподібні білки.

Інтегральними комплексами, які виступають над поверхнею, є глікофорин та

білок смужки 3, з ними зв’язані підмембранні елементи цитоскелету. Білок

смужки 3 зв’язаний у цитозолі з анкірином, який, у свою чергу, зв’язаний зі

спектрином. Спектрин міцно асоційований з актиноподібними білками

еритроцитарної мембрани, утворюючи подібну до актоміозину АТФ-залежну

систему. В цілому, за рахунок структурних білків, які забезпечують форму

еритроцита і визначають механічні властивості мембран, формується

цитоскелетний каркас, який надає еритроциту характерну двояковвігнуту

форму. Дефекти білків цитоскелету лежать в основі їх руйнування при старінні,

а також деяких захворювань (серповодноклітинна анемія та ін.). Вуглеводневі

компоненти глікофорину виконують рецепторну функцію для вірусів грипу,

гемаглютинінів, деяких гормонів.

Рекомендована література:

1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика: учеб. – М.: Владос, 2003. – 288 с. (глава 1. Биологические мембраны,

§1. Основные функции биологических мембран, стр. 8-9).

2. Азнакаєв Е.Г. Біофізика: навч. посіб. – К.: Книжкове вид-во НАУ, 2005. – 308 с. (тема 10 «Біологічні мембрани», стор. 153-162).

3. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. – М.: Мир, 1997. – 624 с. (глава 1. Введение: структура и состав биологических мембран, §1.5. Состав

мембран, стр. 33-48).

4. Зима В.Л. Біофізика: Збірник задач: навч. посіб. – К.: Вища школа, 2001. – 124 с. 5. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2000. – 469 с. (тема

«Организация клетки», стр. 188-233).

6. Рыбальченко В.К., Коганов М.М. Структура и функции мембран: Практикум. – К.: Вища школа, 1988. – 312 с. (глава І. Основные теоретические сведения о структуре

клеток, §1.1. Типы биологических мембран, стр. 9-22; §1.4. Функции

биологических мембран, стр. 40-79).

15

7. Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Биофизика: учеб. / под ред. А.Б. Рубина. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2002. – 156 с. (глава 2. Биологические мембраны,

§2.2. Состав и структура биологической мембраны, стр. 32-47).

8. Чалий О.В., Агапов Б.Т., Цехмістер Я.В. та ін. Медична і біологічна фізика: підруч. – К.: Книга плюс, 2005. – 760 с.

9. Bioelectrochemistry of membranes / Walz D., Teissie J., Milazzo G., eds. – Birkhauser, Basel–Boston–Berlin, 2004. – 240 p. (глава 3).

Контрольні запитання для засвоєння матеріалу:

1. Основні функції біологічних мембран. 2. Призначення клітинних мембран. 3. Будова та функціональні властивості еритроцитарної мембрани.

Задачі.

1. Розрахувати вхідний RIN та ефективний RM опори мембрани сферичної клітини 100 мкм діаметром за таких параметрів: амплітуда електротонічного потенціалу ΔV=10

мВ, сила струму, яким викликається така зміна ΔV, дорівнює 10–9

А (літ.: [4],

№8.20, стор. 64).

2. Клітина сферичної форми має радіус 20 мкм. Виміряний за допомогою мікроелектродної техніки мембранний потенціал становить -80 мВ. Питома ємність

мембрани цієї клітини дорівнює 0,8 мФ/м2. Знайти кількість іонів, які проникають

крізь мембрану за генерації такого мембранного потенціалу (літ.: [4], №8.22, стор.

64).

Лекції №3 та №4. «Ліпіди біомембран»

Розглянемо основні компоненти мембран.

1. Гліцерофосфоліпіди.

Одна з гідроксильних груп гліцерола зв’язана з полярною групою, що

містить фосфат, а дві інші – з гідрофобними залишками. Найбільш поширені

ліпіди (рис. 3.1):

а) 1,2-діацилфосфогліцериди (фосфоліпіди).

Це ліпіди, що представляють собою складні ефіри жирних кислот та

гліцеролу. Приклади: фосфатидилхолін, фосфатидилетаноламін. Жирні

кислоти містять парну кількість атомів вуглецю (від 14 до 24), частіше

зустрічаються ненасичені жирні кислоти. Майже всі природні кислоти

характеризуються цис-конфігурацією подвійних зв’язків. Ланцюг у такій

конфігурації має вигин, який порушує упаковку ліпідних молекул у бішарі.

Отже, фосфоліпід складається з чотирьох частин: гліцеролу, двох залишків

жирних кислот, залишку фосфорної кислоти, специфічної для кожного

фосфоліпіду групи, яку умовно називають характеристичною групою

(наприклад, етаноламін, холін, серин, інозитол та ін.);

б) кардіоліпіни (дифосфатидилгліцероли).

У великих кількостях містяться у внутрішній мембрані мітохондрій,

мембранах хлоропластів та деяких бактеріальних мембранах;

в) плазмалогени.

Широко представлені у мієліні та саркоплазматичному ретикулумі.

16

Рис. 3.1. Структура молекули типового гліцерофосфоліпіда:

А – хімічна формула; Б – просторове розміщення атомів; В – умовне зображення [8].

2. Фосфосфінголіпіди.

Ці ліпіди мають такі ж полярні голівки, як і гліцерофосфоліпіди, а їхня

гідрофобна частина представлена церамідом. У плазматичних мембранах

тваринних клітин широко розповсюджений сфінгомієлін (церамід-1-

фосфорилхолін). У мембранах рослинних та бактеріальних клітин

фосфосфінголіпіди зустрічаються рідко.

3. Глікогліцероліпіди.

Це полярні ліпіди, у яких до гліцеролу приєднаний вуглевод (наприклад,

галактоза) за допомогою глікозидного зв’язку. У мембранах тваринних клітин

зустрічаються дуже рідко. Широко представлені в тилакоїдних мембранах

хлоропластів (моногалактозилдіацилгліцерол), виявлені (у значних кількостях)

у синьо-зелених водоростей та бактерій.

4. Глікосфінголіпіди.

Ці ліпіди містять вуглеводи, які приєднані за допомогою глікозидного

зв’язку до кінцевої гідроксильної групи цераміду. Вуглеводнева частина може

бути представлена лише одним моносахаридним залишком, або складним

полімером.

Моноглікозилцераміди називають цереброзидами.

Гангліозиди (сіалоглікосфінголіпіди) – клас аніонних глікосфінголіпідів, які

містять один або кілька залишків від’ємно зарядженої сіалової кислоти.

Глобозиди – нейтральні глікосфінголіпіди, які не містять залишків сіалової

кислоти.

Глікосфінголіпіди знаходяться на зовнішній поверхні плазматичних

мембран клітин тварин. Зазвичай, це мінорні компоненти. У клітинах

17

аденокарциноми людини накопичуються незвичайні глікосфінголіпіди, які

використовують для виявлення цих клітин і контролю за розвитком пухлини.

5. Стероли.

Найбільш поширеним є холестерол. Молекула складається з компактного

жорсткого гідрофобного ядра, полярною голівкою є гідроксильна група. Інші

стероли: ситостерол, стигмастерол – фітостероли, виявлені у вищих рослин.

Умовно можна представити такі класи ліпідів:

1. ліпіди – похідні гліцеролу (кефалін та лецитин);

2. ліпіди – похідні сфінгозину (сфінгомієлін, цереброзиди);

3. стерини (холестерол);

4. мінорні ліпіди.

Мінорні компоненти мембран: вільні жирні кислоти, моноацил- та

діацилгліцероли (важлива функція останніх як вторинних посередників у

передачі сигналу), поліізопреноїдні ліпіди.

Отже, до складу мембран входять головним чином фосфоліпіди,

сфінгомієліни та холестерол. Значну долю мембранних ліпідів складають

фосфоліпіди, які здатні утворювати бішарові структури, що складаються з

внутрішньої гідрофобної частини та гідрофільних поверхонь. Тому через

мембрани можуть проникати жиророзчинні речовини, а водорозчинні речовини

та гідрофільні іони не можуть дифундувати крізь гідрофобну ділянку

мембрани. Вони потрапляють всередину клітини по спеціальних каналах

проникності білкової природи. Основні фосфоліпіди мембран –

фосфатидилхолін (лецитин), фосфатидилетаноламін, фосфатидилсерин,

фосфатидилінозитол та кардіоліпін. Мембранні ліпіди мають порівняно

невелику полярну гідрофільну голівку та довгі неполярні гідрофобні хвости

(вуглеводневі ланцюги).

Нейтральні ліпіди: фосфатидилхолін, фосфатидилетаноламін,

сфінгомієлін.

Фосфатидилсерин, фосфатидилінозитол та кардіоліпін мають

нескомпенсовані від’ємні заряди (аніонні ліпіди). У природних мембранах

зустрічається близько 10% ліпідів, які мають від’ємний заряд.

Цвіттер-іонні ліпіди – електронейтральні за нейтральних значень рН

(одночасно переносять додатній та від’ємний заряди, тобто мають іоногенні

групи).

У слабкокислому середовищі цвіттер-іонні ліпіди можуть набувати

додатнього заряду за рахунок взаємодії з полііонами. Такі умови, наприклад,

можуть створюватись у лізосомах, шлунку. Виявлено, що при рН≈5 гідрофобні

полікислоти, такі як полі-(2-етилакрилова) або полі-(2-пропілакрилова), здатні

викликати утворення пор у ліпідній мембрані, що супроводжується витіканням

внутрішньоклітинного вмісту.

Отже, згідно з фізико-хімічними властивостями ліпіди можна поділити на

такі групи:

1. нейтральні ліпіди (холестерол, тригліцериди); 2. цвіттер-іони;

3. ліпіди – слабкі кислоти; 4. ліпіди – сильні кислоти.

Функції мембранних ліпідів:

18

суміш ліпідів повинна бути здатною утворювати бішар, у якому могли б функціонувати білки (рис. 3.2);

Рис. 3.2. Розміщення ліпідів у бішарі.

деякі ліпіди сприяють стабілізації сильно викривлених ділянок мембрани, утворенню контакту між мембранами або зв'язуванню певних білків,

оскільки форма цих молекул сприяє потрібній упаковці бішару на

відповідних ділянках мембрани (поліморфізм);

деякі ліпіди є важливими біорегуляторами; найбільш вивчена регуляторна роль похідних фосфатидилінозитола в плазматичних мембранах клітин

еукаріот;

деякі ліпіди беруть участь у реакціях біосинтезу; окремі ліпіди необхідні для підтримання оптимальної активності деяких

ферментів;

гангліозиди, як вважають, відіграють важливу роль у регуляції росту клітин, є специфічними регуляторами в плазматичній мембрані і відповідають за

клітинну адгезію та інші специфічні функції.

Дифузійне переміщення молекул ліпідів уздовж шару (латеральна

дифузія) відбувається достатньо швидко (коефіцієнт латеральної дифузії

складає D=10-7

-10-8

см2/с). Середньоквадратичне переміщення визначається за

формулою: t22

Dx . При значенні D=610-8

см2/с молекула ліпіду за 1 с

переміщується по мембрані на відстань порядка 5 мкм. Швидкість латеральної

дифузії суттєво залежить від ліпідного складу мембран і температури.

Інший тип руху молекул ліпідів у мембранних системах – це

трансбішарове переміщення (фліп-флоп-перехід). Воно відбувається у

мембранах з відносно малою швидкістю внаслідок високого бар’єру для

перетину полярною голівкою молекули ліпіду вуглеводневої зони мембран.

Швидкість фліп-флоп-переходу становить порядка хв. - десятки хв. Молекули

білків у мембранах також проявляють дифузійну рухливість, але внаслідок

значної маси вона суттєво нижча, ніж у ліпідів. Час обертання для родопсину

складає 10-6

с, а для цитохромоксидази – 10-4

с. Коефіцієнти латеральної

дифузії білків у природних мембранах знаходяться в межах 10-10

-10-12

см2/с.

19

У гідрофобній зоні мембран можуть розміщуватись молекули холестеролу.

Їх наявність у мембранах зменшує рухливість ланцюгів жирних кислот, знижує

можливість латеральної дифузії ліпідів та білків.

Швидкість латеральної дифузії залежить також від мікров’язкості

мембран, на яку, в свою чергу, впливає відносний вміст насичених та

ненасичених жирних кислот. Щільність упаковки буде меншою/більшою при

вмісті ненасичених/насичених жирних кислот, відповідно.

Нагадаємо значення двох важливих понять – конфігурація та конформація

макромолекул.

Конфігурація макромолекул – просторове розміщення атомів у

макромолекулі, яке визначається довжинами відповідних зв’язків і значенням

валентних кутів. Конфігурація макромолекули є її основною стереохімічною

характеристикою. Конфігурацію макромолекули можна розрахувати або

відтворити, якщо відома первинна структура, тобто загальне число, порядок і

спосіб чергування ланок (зв’язків) у макромолекулі. Конфігурація

макромолекули є інтегральною характеристикою витягнутого ланцюга, який

складається зі структурних елементів – локальних конфігурацій. Ці

конфігурації утворюють своєрідну послідовність або ієрархію конфігураційних

рівнів. Число таких рівнів може змінюватись залежно від характеру первинної

структури: чим вона складніша, тим більше локальних конфігурацій,

суперпозиція яких утворює конфігурацію макромолекули загалом. Виділяють

чотири основні рівні, які визначають характер ієрархії конфігурацій: 1)

конфігурація ланки (наприклад, важливою характеристикою ланок є їх цис- або

транс-конфігурація, тобто взаємне розміщення першого і четвертого С-атомів

відносно подвійного зв’язку); 2) ближня конфігураційна упорядкованість, тобто

конфігурація приєднаних сусідніх ланок; 3) дальня конфігураційна

упорядкованість, яка відображає структуру великих ділянок макромолекули; 4)

конфігурація витягнутого полімерного ланцюга загалом.

Конформація макромолекул – фізична характеристика, похідна від

конфігурації макромолекул. Формальний перехід від конфігурації до

конформації макромолекул відбувається з урахуванням мікроброунівського

руху ланок і бічних груп. Конформація макромолекули загалом – це

видозмінений розподіл у просторі атомів і атомних груп, які утворюють

макромолекулу. Конформація макромолекули характеризується сталими

валентними кутами і різним орієнтуванням валентних зв’язків внаслідок

можливості більш або менш загальмованого обертання навколо зв’язків скелета

ланцюга або бічних груп. Зазвичай, макромолекули мають велике число

миттєвих конформацій, які змінюються безперервно або періодично лише за

рахунок внутрішньотеплового руху, без хімічних реакцій. Конформації

макромолекули, як і конфігурації, властива просторова ієрархія: 1) конформація

ланки (наприклад, транс- або гош-ізомери; причиною виникнення поворотної

ізомерії є вірогідність існування не одного, а декількох станів з мінімальною

вільною енергією, тобто декількох стабільних конформацій: полімерна

молекула, загалом, внаслідок існування різних конформацій ланок є складною

комбінацією поворотних ізомерів – кожна ланка може перебувати в кількох

20

дискретних станах з різною енергією); 2) ближня конформаційна

упорядкованість; 3) дальня конформаційна упорядкованість; 4) конформація

макромолекулярного ланцюга загалом.

Молекули ліпідів здійснюють обертальний рух навколо своєї вісі (час

обертального руху 10-9

с). У вуглеводневих ланцюгах жирних кислот атоми

вуглецю з’єднані між собою одинарними зв’язками, навколо яких різні ділянки

ланцюга можуть обертатись. Як наслідок, ланцюги можуть знаходитись у

різних конфігураціях (рис. 3.3). У результаті такого обертання жирнокислотні

ланцюги набувають гнучкості, хоча насправді вони не вигинаються, а лише

можуть повертатися навколо зв’язків між атомами. Це призводить до вигину

молекули в цілому. За рахунок вигину ланцюгів молекула фосфоліпіду

частково втрачає свою циліндричну форму і стає більш сферичною. Повністю

витягнута конфігурація відповідає однаковому розміщенню усіх вуглецевих

атомів один відносно іншого. Ця конфігурація називається транс-

конфігурацією.

Гіпотеза петлі (кінку). Найменшу енергію має транс- (рис. 3.3, І та 1), а

найбільшу – цис-конфігурація (рис. 3.3, ІІІ; 2 та 3). Гош-конформації (гош (+) та

гош (-), обертання на 120о відносно транс-конформації) незначно

перевищують за енергією транс-конформацію (на 2-3 кДж/моль).

Якщо вуглеводневі ланцюги в транс-конфігурації представляють собою

лінійні структури, то поява поодинокої гош-конформації у ланцюгу призводить

до викривлення просторової конфігурації ланцюга на кут 120о

(рис. 3.3, ІІ

(гош-транс-гош–конфігурація), ІІІ (цис-транс-гош–конфігурація)).

У щільно упакованих мембранних системах з транс-конформацією

вуглеводневих ланцюгів це викривлення породжує стеричні ускладнення, яке

унеможливлює появу поодиноких гош-конформацій.

Рис. 3.3. Різні конфігурації вуглеводневих ланцюгів (пояснення в тексті) [5, 12].

Ділянка ланцюга, що знаходиться у гош (+)-транс-гош (-)–конформації,

формує петлю (або виступ) у вуглеводневому ланцюгу, яку часто називають

кінком (рис. 3.4). Утворення кінку супроводжується зменшенням довжини

ланцюга на 0,127 нм. При цьому частина ланцюга зміщується на 0,15 нм,

утворюючи вільний простір, а загальний об’єм, який займає молекула ліпіду,

збільшується на 0,025-0,05 нм3. Останнім часом проникнення через ліпідні

21

бішарові мембрани незначних за розміром полярних молекул саме і пов’язують

з утворенням кінків.

Рис. 3.4. Схема-ілюстрація утворення кінка [5].

Хоча поява одного кінка у вуглеводневому ланцюгу недостатня для її

плавлення, однак поодинокі кінки полегшують виникнення кінків у сусідніх

вуглеводневих ланцюгах, формуючи кінк-блоки, що чергуються. Ці блоки

можуть виникати або в одному напівшарі мембрани, або в двох протилежно

розміщених вуглеводневих ланцюгах. При збільшенні числа кінків у

вуглеводневих ланцюгах невпорядкованість вуглеводневої зони мембрани різко

зростає.

Рекомендована література:

1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика: учебн. – М.: Владос, 2003. – 288 с. (глава 1. Биологические мембраны,

§3. Динамика мембран. Подвижность фосфолипидных молекул в мембранах, стр.

16-23).

2. Болдырев А.А. Введение в биохимию мембран. – М.: Высшая школа, 1986. – 112 с. (глава 3. Функции мембранных липидов, стр. 55-73).

3. Брик Т.М. Енциклопедія мембран: у 2 т. – К.: Вид. дім «Києво-Могилянська академія», 2005. – Т.1. – 658 с. (стор. 425-428 та 468-470).

4. Васьковский В.Е. Липиды // Сорос. образов. журн. – 1997. – №3. – С. 32-37. 5. Владимиров Ю.А. Биологические мембраны. Строение, свойства, функции /

[Електронний ресурс] // Режим доступу:

http://foroff.phys.msu.ru/phys/med/cell/Cell_01bi.pdf. – 2008. – стр. 1-9.

6. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. – М.: Мир, 1997. – 624 с. (глава 1, §1.5. Состав мембран, стр. 33-45; глава 2. Структура и свойства

мембранных липидов, стр. 49-67).

7. Зима В.Л. Біофізика: Збірник задач: навч. посіб. – К.: Вища школа, 2001. – 124 с. 8. Ипатова О.М. Фосфоглив: механизм действия и применение в клинике. – М.,

2005. – 318 с. (глава 1, стор. 11-34).

9. Камкин А.Г., Киселева И.С. Физиология и молекулярная биология мембран клеток: уч. пособие. – М.: Изд центр «Академия», 2008. – 592 с. (1.2. Липиды мембран,

стр. 10-20).

10. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2000. – 469 с. (тема «Липиды», стр. 52-63).

http://foroff.phys.msu.ru/phys/med/cell/Cell_01bi.pdf.%20–%202008.%20–%20стр.%201-9

22

11. Костюк П.Г., Зима В.Л., Магура И.С., Мірошниченко М. С., Шуба М.Ф. Біофізика: підруч. – К.: Обереги, 2001. – 544 с. (розділ 7. Клітинні мембрани, стор. 206-212).

12. Рубин А.Б. Биофизика: учеб. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. – Т.2 (Биофизика клеточных процессов). – 470 с. (раздел VI. Структурно-функциональная

организация биологических мембран, глава XVI. Конформационные свойства

мембран, стр. 47-51).

13. Рыбальченко В.К., Коганов М.М. Структура и функции мембран: Практикум. – К.: Вища школа, 1988. – 312 с. (глава І. Основные теоретические сведения о структуре

клеток, §1.2. Химические компоненты мембран, стр. 22-35).

14. Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Завгородний И.В. Клиническая биохимия. – М.: Триада Х, 2002. – 504 с. (глава 12. Липиды и липопротеины:

обмен и его нарушения, стр. 368-389).

15. Шиманський Ю.І., Шиманська О.Т. Молекулярна фізика: навч. посіб. – К.: Видавничий дім «Києво-Могилянська академія», 2007. – 462 с. (розділ 7, §8. Рідкі

кристали, стор. 297-302).

16. The structure of biological membranes / 2nd ed., Yeagle P.L., ed. – CRC Press, Boca Raton–London–New York–Singapore, 2005. – 540 р. (главы 1-4).

Контрольні запитання для засвоєння матеріалу:

1. Функції ліпідів мембран. 2. Основні компоненти біомембран. 3. Структура та фізико-хімічні властивості фосфоліпідів. Наведіть приклади їх

представників.

4. Фізико-хімічні основи організації біомембран. 5. Характеристика ліпідних молекул (амфіфільність, хімічна структура фосфоліпідів –

будова, властивості, форма).

Задачі.

1. Яку відстань у мембрані еритроциту проходить молекула фосфоліпіду за 1 с у результаті латеральної дифузії? Коефіцієнт латеральної дифузії прийняти рівним

10-12

м2/с. Порівняти з еритроцитом, діаметр якого дорівнює ~8 мкм.

2. На яку відстань протягом 9 с і з якою швидкістю зміщуються ліпідні молекули в мембрані за рахунок латеральної дифузії? Коефіцієнт дифузії 10

-8 см

2/с (літ.: [7],

№6.6, стор. 43).

Завдання.

Напишіть структурну формулу фосфатидилхоліну. Який сумарний заряд має ця

молекула за рН 7? До якої групи фосфоліпідів відносять фосфатидилхолін?

Самостійно розібрати:

тему «Будова та функціонування мембрани клітин нервової системи».

Лекція №5. «Особливості міжмолекулярних взаємодій у біомембранах»

За реальних умов не лише природні, але й часто штучні