Методическая разработка теоретического занятия
Тема занятия: Виды биологических мембран и их функции
Цели занятия:
образовательная: Обяснить виды биологических мембран и их функции,
роль в обмене веществ и энергии.
воспитательная: воспитывать интерес студентов к практическому
познанию явлений; воспитывать умение работать в
группе;
развивающая: развивать мышление, память, внимание;
развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать.
Тип занятия: комбинированный
Метод занятия: пояснительно-иллюстративный
Время занятия: 90 минут
Место проведения: аудитория
Внутрипредметная связь: «Свойства биологических мембран»
Межпредметная связь: биология
Оснащение занятия: Дидактические материалы; Видеофильм
Использованная литература:
основная: Көшенов Б. "Медициналық биофизика"
дополнительная: Биофизика
Должен знать: физико – химические особенности биологических мембран;
виды биологических мембран и их функции;
Структурно-логическая схема и хронокарта занятия
І Организационный момент – 3-5 мин
ІІ Опрос домашнего задания– 15-20 мин
ІІІ Объяснение нового материала – 30-45 мин
IV Закрепление нового материала - 10-15 мин
V Подведение итогов занятия – 3-5 мин
VІ Задание на дом – 3-5 мин
Ход занятия
І Организационный момент
а) проверка подготовленность студентов в аудитории к занятию, отмечать отсутствующих в журнале
б) преподаватель дает мотивацию занятия
в) ознакомить студентов с целью и планом занятия
ІІ Опрос домашнего задания:
Ответы на вопросы:
Что изучает биофизика мембран? Назовите основные группы методов исследования биомембран. Нарисуйте и опишите современную схему строения биомембраны (жидкостно-мозаичная модель). Какие функции выполняют мембранные белки? Приведите примеры. На какие группы по расположению в мембране подразделяют мембранные белки? Каковы особенности их строения и выполняемые функции? Какие функции выполняют липиды биомембран? В каком физическом состоянии они находятся? Что собой представляет жидкокристаллическое состояние? Какие типы жидкокристаллических структур вы знаете? На какие процессы в мембране повлияет изменение вязкости липидного бислоя?Тест:
1. Основу структуры любой мембраны:
А)составляет двойной липидный слой
Б)кристаллическая решетка
В)водный раствор
С)«Монетные» столбики эритроцитов
Д)вкусовые рецепторы
2.Свойства молекул фосфолипидов, входящих в состав биологических мембран:
А)Часть гидрофильная, другая-гидрофобна
Б)Часть белки, другая - гидрофильная
В)Часть белки, другая - гидрофобная
С)Химически нейтральна
Д)Неполярная
3.Липосома:
А)мономолекулярные слои на границе раздела гидрофобной и гидрофильной фаз
Б)плоские бислойные липидные мембраны
В)билипидная замкнутая структура
С)слоилипидов и белков, нанесенныенаповерхностьводы
Д)то же самое, что и мицеллы
4. Современная модель строения мембраны:
А)модель Даниелли-Давсона
Б)модель Робертсона
В)модель Лили
С)модель Сингера и Никольсона
Д)модель Эйнштейна
5.Согласно жидкостно-мозаичной модели, биологическая мембрана :
А)Состоит из билипидного слоя
Б)состоитиз двух слоев с белковым слоем между ними
В)состоитиз двух слоев липидов, окруженных сверху и снизу двумя белковыми слоями
С) состоит из билипидного слоя, белков и микрофиламентов
Д)состоит из слоя липидов с вкраплениямибелков и углеводов
6.Состояние липидов в биологических мембранах:
А)аморфное
Б)твердокристаллическое
В)газовое
С)жидкокристаллическое
Д)твердое
7. Белки находящиеся на поверхности мембраны:
А)Периферические
Б)Интегральные
В)Якорные
С)Трансмембранные
Д)Липосомы
ІІІ Объяснение нового материала
Важные функции плазматической мембраныТри вида липида мембраны Физическое состояние фосфолипидного бислоя Жидкостно-мозаичная модель мембраны
Биологическая мембрана - это структура, состоящая из органических молекул, которая имеет толщину около 7-10нм и видима только посредством электронного микроскопа. В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружней среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т. п.)
Плазматическая мембрана выполняет несколько важных функций.
1) Образует избирательный барьер, который отделяет содержимое клетки от окружающей среды, что позволяет поддерживать постоянными химический состав цитоплазмы и её физические свойства.
2) Регулирует транспорт веществ между содержимым клетки и окружающим клетку раствором.
3) Принимает участие в информационных процессах в живой клетке.
Химическая состав и структура плазматической мембраны
В состав плазматической мембраны входят липиды, белки и углеводы. Соотношение между липидами и белками может значительно варьировать в различных клетках.
Липиды мембраны бывают трех видов: глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол).
Молекула глицерофосфолипида состоит из остатка трёхатомного спирта глицерола, атомы водорода двух гидроксильных групп которого замещены на две длинные цепи жирных кислот. Третий атом водорода гидроксильной группы глицерина замещён остатком фосфорной кислоты, к которому, в свою очередь, присоединён остаток одного из азотистых оснований (холин, этаноламин, серин, инозитол).
Существует несколько видов движения молекул липидов: колебание, вращение, латеральная диффузия (перемещение молекул в пределах своего слоя), флип-флоп (перемещение молекул из одного слоя липидов в другой, происходит редко).
Если температура падает ниже критической точки, мембранные фосфолипиды становятся твердыми. Мембрана теряет текучесть, и движение молекул в ней ограничивается.
Согласно современной жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Молекулы фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендикулярно к поверхности мембраны. Мембрана сохраняется в жидком состоянии благодаря температуре клетки и химическому составу жирных кислот.
Белки мембраны подразделены на два вида. Молекулы первого типа являются гидрофильными. Эти белки, называемые периферическими, соединены с поверхностью мембраны сравнительно слабыми электростатическими силами. Белки второго вида имеют как гидрофильные, так и гидрофобные группы. Их молекулы более или менее погружены в мембрану, и удерживаются в ней более прочными гидрофобными силами. Некоторые белки пронизывают мембрану от ёё внутренней до внешней поверхностей - интегральные белки (Рис. 2).
Многочисленные белки мембраны выполняют различные функции (метаболическую, транспортную, рецепторную и т. п.). Функции белков мембраны существенно зависят от строения их молекул.
Рис. 2. Жидкостно-мозаичная модель мембраны: фосфолипидный бислой; периферические и интегральные белки.
Функции
- барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисомзащищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов илимолекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами. транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.
Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.
При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.
Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числеАТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивает из неё ионы натрия (Na+). матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие. механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечении механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество. энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки; рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней. ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты. осуществление генерации и проведения биопотенциалов.
С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса. маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.
IV Закрепление нового материала
Вопросы:
На какие группы по расположению в мембране подразделяют мембранные белки? Каковы особенности их строения и выполняемые функции? Какие функции выполняют липиды биомембран? В каком физическом состоянии они находятся? Что собой представляет жидкокристаллическое состояние? Какие типы жидкокристаллических структур вы знаете? На какие процессы в мембране повлияет изменение вязкости липидного бислоя?Тест:
1. Функции мембранных белков:
А)обеспечивают транспорт гидрофильных веществ через мембрану
Б)осуществляют сверхтекучесть
В)осуществляют передачу пульсовой волны
С)служат источником электромагнитный волны
Д)повышают давления
2.Виды мембранных липидов:
А)фосфолипиды, гликолипиды, стероиды
Б)углеводы, белки, гликолипиды
В)аминокислоты, углеводы, стероиды
С)фосфолипиды, белки
Д)нейроны, аминокислоты
3. Виды биологических мембран:
А)нейроны, клеточная
Б)клеточная, внутриклеточная, базальная
В)нервные волокна, базальная
С)нейроны, белки
Д)холестерин, белки
4.Выброс ионов при работе электрогенного ионного насоса K-Na-АТФазы за полный цикл:
А) из клетки двух ионов натрия
Б) из клетки трех ионов калия
В) из клетки трех ионов натрия
С) из клетки одного иона натрия
Д)обогащение цитоплазмы двумя ионами натрия
5..При полном цикле работы электрогенного ионного насоса K-Na-АТФазы:
А)происходит выброс из клетки трех ионов калия
Б) происходит обогащение цитоплазмы двумя ионами калия
В)происходит выброс из клетки одного иона натрия
С)происходит обогащение цитоплазмы тремя ионами калия
Д)происходит выброс из клетки двух ионов натрия
6.За полный цикл работы электрогенного ионного насоса K-Na-АТФазы:
А)происходит гидролиз пяти молекул АТФ
Б)происходит гидролиз четырех молекул АТФ
В)происходит гидролиз трех молекул АТФ
С)происходит гидролиз двух молекул АТФ
Д)происходит гидролиз одной молекулы АТФ
7.Для исследования динамических свойств биологических мембран широко используются спиновые метки и зонды. Спиновой зонд - это........ .
А)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
Б)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
В)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
С)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
Д)молекула или молекулярная группа, содержащая радиоактивные изотопы, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
8. Для исследования динамических свойств биологических мембран широко используются спиновые метки и зонды. Спиновая метка:
А)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая рисоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
Б)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
В)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
С)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
Д)молекула или молекулярная группа, содержащая радиоактивные изотопы, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
9.Для исследования динамических свойств биологических мембран широко используются флуоресцентные метки и зонды. Флуоресцентный зонд:
А)молекула или молекулярная группа, содержащая радиоактивные изотопы, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
Б)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
В)молекула или молекулярная группа, с неспаренными электронами, которая рисоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
С)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
Д)молекула или молекулярная группа способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью.
10.Для исследования динамических свойств биологических мембран широко используются флуоресцентные метки и зонды. Флуоресцентная метка:
А)молекула или молекулярная группа, с неспаренными электронами, которая рисоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
Б) молекула или молекулярная группа способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны ковалентной связью
В)молекула или молекулярная группа, способная к флуоресценции, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
С)молекула или молекулярная группа, содержащая радиоактивные изотопы, которая присоединена к компоненту мембраны нековалентной связью
Д)молекула или молекулярная группа с неспаренными электронами, которая рисоединена к компоненту мембраны ковалентной связью.
А 2 - А 3 - Б 4 - В 5-Б 6- Д 7-В 8 - В 9 - Д 10 - Б
V Подведение итогов занятия: Оценить знания студентов
VІ Задание на дом : Көшенов Б. "Медициналық биофизика" стр. 83-84
«Виды биологических мембран и их функции»
