Типы биологических мембран

Транспорт веществ через биологические мембраны можно разделить на два основных типа пассивный и активный. [c.33]

Пассивный транспорт. Под пассивным транспортом веществ через биологические мембраны подразумевается движение молекулы вещества в комплексе с переносчиком. Такой путь проникновения веществ через мембрану не требует затраты энергии, что и дало возможность назвать его пассивным. Для пассивного транспорта характерен эффект насыщения — по мере увеличения концентрации вещества скорость его трансмембранного движения достигает некоторого предела. Так как эффект насыщения очень четко наблюдается также в ферментативных реакциях, в связи с движением в мембране гипотетических переносчиков можно сравнить реакции типа [c.44]

Для более четкого понимания могут быть полезны два типа классификации. Согласно одному из них все мыслимые или существующие мембраны разделяются на два больших класса — природные (биологические) и синтетические мембраны. Это самое ясное из возможных отличий и в то же время очень существенное, поскольку оба типа мембран принципиально отличаются и по структуре и ро функциям. Хотя в нашей книге рассматриваются синтетические мембраны, в гл. II частично обсуждаются также и биологические мембраны. Последние могут подразделяться на мембраны живых организмов и мембраны, способные функционировать вне организма. Первые существенны для жизни на земле, они не включены в эту книгу, потому что тогда бы ее объем резко возрос. Второй тип биологических мембран (липосомы и везикулы фосфолипидов) становятся все более важными в современных разделительных процессах, особенно для медицины и медицинской биологии. Синтетические мембраны могут подразделяться на органические (полимерные или жидкие) и неорганические. Оба типа обсуждаются более детально в гл. III. [c.29]

Биофизика мембран. Биологические мембраны — это тонкие (- 80 А) листки из липидов и белков. Они играют ключевую роль во многих жизненных процессах, но об их структуре известно мало. Большая часть физических экспериментов (например, ЯМР) не может быть осуществлена на отдельной мембране, поскольку она содержит слишком мало вещества. Однако можно создать модельную систему из липидов и воды или даже из липида, белка и воды [58], имеющую ламеллярную (слоистую) структуру. Предполагается, что каждый отдельный слой будет в некотором смысле аналогом мембраны. Можно использовать достаточно большие образцы объемной фазы этого типа, чтобы проводить точные физические исследования ). [c.34]

Применяемые в электрохимических измерениях мембраны могут принадлежать к различным типам. Некоторые из них сравнительно инертны, как, например, мембраны из ацетата целлюлозы или полимерных материалов. Ионообменные мембраны имеют заряженные группы, связанные с матрицей. Следовательно, они стремятся вытеснить ионы того же заряда, что и связанный. Так, в катионообменных смолах числа переноса анионов малы. Широко применяются мембраны из стекол, керамики, твердых электролитов и т.п. Интерес представляют жидкие мембраны, которые наиболее перспективны с точки зрения селективности и чувствительности электрохимических датчиков. Наконец, предметом обстоятельных исследований в последнее время стали биологические мембраны. [c.122]

Ионоселективные микроэлектроды находят применение главным образом для измерения активности ионов в отдельных клетках и биологических тканях. Их изготавливают на основе микропипеток с помощью вытягивающих устройств. Чаще всего применяют следующие ионоселективные микроэлектроды стеклянные - для измерения pH и определения ионов натрия в межклеточной жидкости, твердые мембранные (для определения хлорид-ионов) и жидкостные мембранные - для определения ионов калия, хлора и кальция. Среди них наибольшее распространение получили стеклянные микроэлектроды. Применяются два типа стеклянных микроэлектродов копьевидной формы и с заглубленным кончиком. В первом случае микроэлектрод вытягивают из капилляра ионообменного стекла, изолируют с внешней стороны и вставляют в микропипетку из неактивного стекла. Роль мембраны выполняет копьевидный кончик микроэлектрода. В микроэлектроде другой конструкции внешнюю микропипетку выдвигают относительно кончика микроэлектрода и прочно скрепляют с последним таким образом, чтобы контакт мембраны с раствором осуществлялся в пространстве между капиллярами. [c.220]

Наблюдения Холта и Вента [269] наводят на мысль о том, что кремнеземные частицы размером меньше 5 нм и, следовательно, безвредные могут стать токсичными в биологической системе за счет какого-либо типа полимеризации, стимулируемой внутри данной системы. Авторы наблюдали, что полимеризация кремнеземных частиц может иметь место, когда монослой белка (инсулина), находящийся на поверхности жидкости — очень разбавленного золя кремневой кислоты,— поглощает кремнезем из раствора, и при последующем сжатии пленки частицы кремнезема тесно сближаются. Такая полимеризация протекает наиболее быстро в области pH 5,4—6,1, т. е. как раз при тех значениях pH, когда идет наиболее быстро процесс гелеобразования кремнеземных золей. Это означает, что, хотя поликремневая кислота, состоящая из частиц размером меньше 5 нм, может быть безвредной в биологической системе, частицы тем не менее способны объединиться вместе в большие агрегаты благодаря отмеченному выше механизму, особенно в том случае, когда биологические мембраны могут сжиматься. Образовавшиеся большие агрегаты могут затем становиться активными по отношению к денатурации белка. [c.1059]

Из всех типов конденсированных систем биологические мембраны и их модели наиболее широко исследуются с помощью метода спинового зонде. Данные этого метода уже прочно вошли в общий фонд знаний о мембранах и отражены в целом ряде обзоров (см., например, [10, 11, 13, 14, 173]). Поэтому ниже лишь кратко перечислены основные направления в исследовании этих систем. [c.177]

Биологические мембраны состоят из непрерывного двойного слоя липидных молекул с погруженными в него различными белками. Липидный бислой представляет собой жидкость, в которой отдельные молекулы липидов способны быстро диффундировать в пределах своего монослоя, но чрезвычайно редко спонтанно перемещаются из одного монослоя в другой. Мембранные липиды - амфипатические молекулы и в водной среде самопроизвольно образуют бислой. Эти бислой самоорганизуются в закрытые компартменты, которые способны самопроизвольно восстанавливаться при повреждениях. В плазматической мембране имеются три основных класса липидных молекул - фосфолипиды, холестерол и гликолипиды, причем составы внутреннего и наружного монослоев отличаются друг от друга Разный липидный состав характерен как для плазматических мембран различных типов клеток так и для разных мембран одной и той же эукариотической клетки. Функциональное значение различных компонентов разных мембран в большинстве случаев остается неизвестным. [c.359]

Сходные вопросы можно поставить и в связи с другими аспектами биохимии. Например, можно уточнить механизм транспорта таких катионов, как Ма+, К , Mg + и Са , через биологические мембраны путем исследования их взаимодействия с мембранами методом ЯМР. При решении такого рода задач можно воспользоваться как спектроскопией протонного магнитного резонанса, так и наблюдениями резонанса на других ядрах, включая ядра металла, хотя эксперименты последнего типа часто наталкиваются на значительные трудности. [c.376]

Некоторые из представителей этого класса сложных по структуре координационных соединений относятся к природным пигментам и участвуют в транспорте ионов через биологические мембраны. Ряд вопросов электрохимического поведения этого типа хелатов в органических растворителях рассмотрен в цитированной монографии [74, с. 116—123]. Однако не всегда исследователям удавалось идентифицировать интермедиаты, возникающие при восстановлении хелатов. В некоторых случаях для доказательства их существования использовались только электрохимические методы. [c.129]

Рис. 3.4. Схематическое изображение устройства биологической мембраны типа сэндвича [6].

Осмос. В разделе Диффузия в растворе уже говорилось, что в животных и растительных организмах, а также в экспериментальных исследованиях существуют и применяются полупроницаемые перегородки — мембраны, разделяющие растворитель и раствор или растворы различной концентрации. Мембраны различают по составу, структуре, размеру пор, отношению к различным растворителям. Они могут быть животного (например, мочевой пузырь), растительного (оболочка клетки) и искусственного происхождения (пленки из целлофана, коллодия). Некоторые из них проницаемы только для растворенного вещества, другие — только для молекул растворителя. Например, глиняная мембрана, содержащая в порах соль Сиг [Ре(СЫ)б], проницаема только для молекул воды. Именно мембраны последнего типа будут рассмотрены в этом разделе. Различные биологические мембраны, проницаемые не только для частиц растворителя, но и для ионов и молекул растворенных веществ, будут рассмотрены в разделе Мембранные потенциалы . При наличии мембран в растворах наблюдают явление осмоса. [c.70]

Рис. 39. Три основных типа сопряженного транспорта через биологические мембраны

С молекулярной точки зрения, биологические мембраны можно рассматривать как безграничные двумерные поверхности. Мембраны состоят в основном из белков и липидов, содержат также углеводы, неорганические ионы и воду. Соотношение главных составляющих мембран — белка и липида — колеблется в значительных пределах в зависимости от типа мембран, клеток и организмов. Так, в мембране леммоцитов (шванновских клеток) липида больше, чем белка, в 4 раза. Напротив, в мембранах бактерий белка больше, чем липида, в 3 раза. [c.22]

Естественно, биологическая мембрана — это своеобразная, чрезвычайно сложно и в высшей степени рационально действующая машина . Скопировать полностью ее функцию для получения ионселективных мембран пока невозможно. До сих пор это удалось сделать лишь чисто механически диализные и обратноосмотические мембраны позволяют, как уже упоминалось, селективно удалять из воды растворенные в ней соли. В наше время водой, опресненной с помощью мембран традиционного типа, снабжаются целые города. Последнее, кстати, характеризует и высокую производительность этих мембран, что немаловажно там, где необходима фильтрация больших объемов жидкостей или газов. Поэтому традиционные мембраны выпускаются сейчас за рубежом миллионами квадратных метров в год. [c.8]

Хотя основные структурные особенности биологической мембраны определяются свойствами липидного бислоя, большинство их специфических функций осуществляется белками Вот почему типы белков и их количества в мембране сильно варьируют в миелиновой мембране, которая служит преимущественно для изоляции аксонов. Белки составляют менее 25% массы мембраны, а в мембранах, связанных с процессами превращения энергии (например, во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов) на их долю приходится около 75% массы мембраны В обычной плазматической мембране количество белков равно приблизительно половине ее массы, т е значение этого показателя среднее между указанными выще крайними величинами Поскольку размер липидной молекулы весьма мал по сравнению с размерами молекулы белка, можно сделать вывод, что в мембране всегда содержится значительно больще молекул липидов, чем белков. Например, если белки составляют 50%. массы мембраны, то на одну молекулу белка приходится приблизительно 50 липидных молекул [c.360]

Преимущества ядерных мембран отклонение диаметров пор от номинального значения не превыщает 10% правильная, практически круглая форма поперечного сечения пор возможность получения мембран с заранее заданным числом и диаметром пор возможность использования для изготовления мембран материалов, стойких к агрессивным средам пассивность в биологическом отношении устойчивость к воздействию бактерий (они не обладают бактерицидными свойствами) стойкость в условиях термической и химической обработки и др. Поэтому ядерные мембраны очень перспективны для микроаналитических исследований (например, в цитологии и элементном анализе), для фракционирования растворов высокомолекулярных соединений и их очистки. Ядерные мембраны с успехом используют для получения очищенной от бактерий воды в полевых условиях, для изучения размеров и строения клеток крови различных типов (в частности, для выделения раковых клеток из крови) и для других целей. [c.319]

Образование комплексов фермент—субстрат и гормон—рецептор предполагает узнавание молекулами друг друга. На более высоком уровне организации такой способностью обладают клетки. Так, лейкоциты в токе крови узнают и разрушают чужеродные клетки, например бактериальные, но не нападают на собственные клетки крови. Узнавание проявляется и в контактном ингибировании некоторые клетки высших организмов (например, клетки мышечной ткани) в питательной среде продолжают делиться до тех пор, пока не придут в контакт с другими клетками, после чего их рост прекращается. Раковые клетки в тех же условиях продолжают делиться. В этих двух примерах клеточного узнавания, имею- щего важное значение в медицине, участвуют поверхностные антигены. Уникальность специфических типов клеток указывает на большое разнообразие их поверхностных антигенов, что дополнительно усложняет строение биологических мембран. Процессы клеточного узнавания зависят от подвижности компонентов мембраны, которая, по-видимому, регулируется с помощью микротрубочек, имеющихся в цитоплазме [4]. [c.108]

Биоэнергетические процессы, приводящие к синтезу АТФ, к зарядке биологических аккумуляторов , протекают в мембранах митохондрий. В них локализованы и пространственно организованы молекулярные системы, ответственные за энергетику живых организмов. Синтез АТФ в митохондриях сопряжен с электронным и ионным транспортом и с механохимическими явлениями. Функции митохондриальных мембран весьма сложны и многообразны. Другой тип биоэнергетических сопрягающих мембран — мембраны хлоропластов растений, ответственные за фотосинтез,— рассматривается в гл. 14. У бактерий сопряжение реализуется в плазматических мембранах. [c.423]

Большинство исследований явления осмоса проводилось с мембрана4ли одного из трех типов. Самая ранняя работа была выполнена с природными биологическими мембранами. Первое наблюдение осмоса относится к 1748 г., когда было обнаружено, что мочевой пузырь животных пропускает воду и не пропускает спирт. Хотя осмотические явления играют существенную роль в механизме многих биологических процессов, биологические мембраны не нашли широкого применения ни в исследованиях осмоса. [c.115]

В коэффициенты проницаемости двух типов 1р -а Р входит значение толщины мембраны. Это объясняется тем, что эти соотношения были первоначально выведены для биологических мембран, аффективная толщина которых обычно неизвестна. [c.137]

Другой интересный момент состоит в том, что число стационарных состояний открытой системы может сильно возрастать вдали от равновесия (гл. 16). Такое расширение возможностей имеет важное значение в биологических приложениях. В качестве иллюстрации изучается модель возбуждения мембраны, предложенная Блюменталем, Шанже и Лефевером [10], в которой кооперативное поведение вместе с необратимыми процессами вдали от равновесия приводит к новому типу диссипативного фазового перехода. [c.15]

Рассмотрены мембраны различных типов монолитные (непористые), пористые, жидкие и биологические (природные и синтетические), асимметричные и композиционные, а также области их применения. Подытожен опыт интенсивного развития мембранных процессов за последнюю четверть века. Основное внимание уделено влиянию структуры мембраны на характеристики различных мембранных процессов. Обсуждены особенности полимеров, определяющие свойства мембран. Даны рекомендации для изготовления мембран определенной структуры. [c.4]

Исследования молекулярных механизмов фотопревращений родопсина и бактериородопсина представляют собой важную область биофизики фотобиологических процессов, которая особенно бурно развивается в последние годы. Бактериородопсин Бр был обнаружен в пурпурной мембране галофильных бактерий (В. Стокениус, 1971), которая оказалась новым типом биологической мембраны, способной преобразовывать энергию света. Эта система, видимо, является наиболее простой из всех изученных систем запасания световой энергии в форме разности электрохимических потенциалов Н . Каждая молекула Бр содержит один хромофор-ретиналь (полиеновый альдегид) в комплексе с белком — опси-ном — единственным белком, который содержится в пурпурной мембране. Опсин использует энергию света для активного перемещения протонов через мембрану, в результате чего происходит синтез АТФ и обеспечивается выполнение других физиологических функций. В основе этого биоэнергетического процесса лежит фотохимический цикл превращений Бр. [c.388]

Краун-эфиры используют для улучшения растворимости неорганических солей в органических растворителях, в качестве меж-фазных катализаторов (см. с. 75), для генерации несольватироваи-ных анионов в органических растворителях. Например, при помощи [18]краун-6 можно растворить КОН в бензоле, ион ОН в этих условиях обладает большей активностью, чем в растворе воды или метанола. Соединение типа краун-эфиров играют большую роль в биологических системах — они осуществляют транспорт ионов через биологические мембраны (см. криптанды, гл. ХХ1П.А.4). [c.341]

Мембраноактивные свойства поликатионов и их антимикробная активность - взаимосвязанные явления. Многие полиэлектролиты катионного типа (поливиниламин [4, 5], полиэтиленимин [4], полиэлектролиты на основе четвертичных аммониевых солей аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты [6-9] и др.) обладают мембранотропным действием, что обусловливает их заметную антимикробную активность. Их главной биологической мишенью в бактериальной клетке является цитоплазматическая мембрана [10]. Ключевым моментом в механизме действия катионных полиэлектролитов на биологические мембраны является электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными фосфолипидами и белками, локализованными в ней. Следствием этого [c.164]

Аппараты для опреснения воды представляют собой электролизеры сэндвичевого типа, снабженные ионообменными мембранами. Поведение такой мембраны связано с электродиализом. В данном случае последний направлен на разделение растворителя и растворенного вещества, когда раствор прогоняется через комбинацию мембран и пленок под воздействием электрического поля. На мембрану нанесена тонкая ионообменная пленка, которая приобретает заряд, противоположный тому, какой имеет сама слоистая мембрана. Наличие очищающей пленки с ионообменными свойствами придает всей мембране слоистое строение. Такие мембраны, состоящие из соприкасающихся катионных и анионных слоев, наподпша-ют биологические мембраны. Слоистые мембраны, в отличие от гомоген- [c.52]

Клеточные мембраны, так же как и искусственные липидные бислои, способны пропускать воду и неполярные молекулы за счет простой физической диффузии. Олнако клеточные мембраны пропинаемы и для различных полярных молекул, таких, как сахара, аминокислоты, нуклеотиды и многие другие метаболиты, которые проходят через синтетические бислои чрезвычайно медленно. За перенос подобных растворенных веществ через клеточные мембраны ответственны специфические белки, называемые мембранными транспортными белками. Они обнаруживаются во всех типах биологических мембран и могут сильно отличаться друг от друга. Каждый конкретный белок предназначен для определенного класса молекул (например, неорганических ионов, Сахаров или аминокислот), а нередко лищь какой-то разновидности молекул из этих классов. Специфичность транспортных белков была впервые показана, когда обнаружилось, что мутации в олном-единственном гене приводят к исчезновению у бактерий способности гранспортировать определенные сахара через плазматическую мембрану. Аналогичные мутации теперь известны и у людей, страдающих различными наследственными болезнями, при которых нарушается транспорт тех или иных веществ в почках или кишечнике. Например, у индивидуумов с наследственной болезнью цистинурией отсутствует способность транспортировать определенные аминокислоты (включая цистин - связанный дисульфидной связью димер цистеина) из мочи или кишечника в кровь. В результате происходит накопление цистина в моче, что приводит к образованию цистиновых камней в почках. [c.381]

Одной из первых моделей транслокации субстратов через биологические мембраны была модель подвижного переносчика, в которой предполагалось присутствие интегрального мембранного компонента, способного к образованию гидрофобного комплекса с гидрофильным субстратом, экранирующего последний от гидрофобной внутримембранной среды. Предполагалось, что образованный комплекс диффундирует на внутреннюю поверхность мембраны и там освобождает субстрат во внутриклеточную среду. По этому типу действительно осуществляется перенос ионов некоторыми ионофорами (валиномшщном, моненсином и др.) (рис. 37а). Однако подобный механизм, как правило, не обеспечивает концентрирование субстрата в клетке. Вторая модель предполагает наличие в мембране гидрофильного канала, через который могут проникать субстраты. В отличие от малоспецифичных каналов, образуемых поринами, он должен обладать высокой специфичностью за счет эстафетной передачи субстрата от одного центра связывания к другому. Такой канал может стать асимметричным (например, при наложении ТЭП) и обеспечить концентрирование субстрата в клетке (рис. 376). [c.102]

Нервная система обладает несколькими типами биологических мембран. Так, кроме мембран обычных клеточных орга-нелл нервная система имеет различные высокоспециализиро-ванные мембраны соматические мембраны мульти- и униполярных нейронов,, мембраны дендритов миелинизнрованных [c.75]

Разумеется, в биологической структуре (мембрана, липопро-теин, сферосома) и в растительном сырье (мука, концентрат, изолят и пр.), в которых присутствуют липиды всех категорий, тип принятой фазы зависит от относительной концентрации раз- [c.307]

Для стерильной фильтрации инъекционных растворов широко применяют мембраны типа Миллипор , изготовленные на основе нейлона, поливинилхлорида, тефлона, ацетата нитроцеллюлозы. Фильтры типа Миллипор имеют высокую пористость 84%, они химртчески стойки и биологически нейтральны, не вызывают тканевых реакций при имплантациях живот п.1м и людям. < [c.658]

Поскольку индивидуальность веществ в наибольшей степени проявляется в химических реакциях, то прежде всего проявление избирательности характерно именно для мембран, проницаемость которых определяется образованием новьгх соединений в фазе мембраны. Само тюнятие селективность в описании мембранных процессов было впервые использовано для характеристики биологических мембран, которых можно рассматривать как важнейшую группу мембран реакционного типа. Принципы фушщио-нирования биологических мембран рассматриваются в ряде монографий [123-125]. Обратим внимание только на аналитический аспект их применения. [c.217]

В биологических мембранах ионофорный тип транспорта пока не обнаружен сообщения о выделении из митохондрий и других мембранных систем природных ионофоров не получи.1И подтверждения. В то же время быстро накапливается большой фактический материал, свидетельствующий о том, что для переноса ионов и веществ через мембраны клетка использует различного типа каналы. [c.598]

Мы полагаем, что иммобилизация ферментов с помощью электроудерживания наиболее близка к закреплению и организации работы ферментов в клетке. Перемещающиеся ионы и электроны создают на биологических мембранах резко неоднородное электрическое поле. Неоднородность его усугубляется сложным строением поверхности мембраны, которая образуется различающимися по своим геометрическим и электрическим параметрам липидными и белковыми молекулами. Расположенные на мембране, способные к перемещению белки под воздействием такого поля устремляются в зоны большей напряженности и взаимодействуют по типу электроудерживания с встречающимися на их пути вмонтированными в мембрану белками и между собой. Так как перенос ионов и электронов по мембране — процесс дискретный, то и генерируемое ими электрическое поле имеет импульсный характер, что приводит к чередованию сближения и отталкивания молекул белка, к их колебательному, пульсирующему движению, необходимому для нормальной работы цепи ферментов. [c.183]

Если растворы содержат один электролит при разной концентрации, потенциал называют концентрационным когда два раствора содержат несколько типов противоиона, потенциал называют многоионным (МИП). Он отличается от биионного потенциала (БИП), возникающего в особом случае. При использовании этих обозначений обычно подразумевается, что рассматриваемая система находится при постоянных температуре и давлении. В опытах, поставленных для непосредственного измерения мембранных потенциалов, применялись мосты из соли и потенциал на границе двух жидкостей либо считался равным нулю, либо подсчитывалось его примерное значение по формуле Гендерсона [см. уравнение (2.55)]. Мембранный потенциал интенсивно изучается, так как он представляет большой теоретический интерес вследствие своего влияния на определенные биологические процессы, а также на характеристику мембраны. Описание мембранного потенциала дали Шпиглер и Вилли [594]. [c.74]

Анионитовые мембраны на основе коллодиевых матриц были получены Абрамсом и Солнером [А2] двумя методами. Первый метод состоял в предварительной активации, при которой колло-диевая пленка окислялась, а затем погружалась в водный раствор сульфата протамина. Второй метод заключался в непосредственной адсорбции протеина из изоэлектрического раствора протамина. Мембраны Абрамса и Солнера имели явные преимущества перед мембранами, использовавшимися в более ранних работах для биологических целей. В этих мембранах такие электроположительные материалы, как окислы алюминия, циркония или тория, вводились в коллодиевые растворы, которые затем отливались и образовывали мембраны гетерогенного типа [Р14]. Про-таминоколлодиевые мембраны обнаруживают несомненные преимущества перед ранее получавшимися Лобом IL12] электроположительными мембранами, в которых применялись желатин, яичный альбумин, казеин и оксигемоглобин. [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология