Международный фонд славянской письменности и культуры

РЕФЕРАТ

Тақырыбы: Мембраналардың физика-математикалың сипаттамалары

Орындаған: Сейтжапар Нұржігіт ЯФ-41

Қабылдаған: Химия ғылымдарының кандиданты, доцент Сатаева Г.Е.

Астана 2016

Жоспары:

1. Кіріспе

2. а) Мембралардың құрылысы

б)Сыртқы ортаның мембранаға әсері

3.Қортынды

4.Қолданылған әдебиеттер тізімі

Жарғақ (мембрана) — жасушаларды, олардың ядролары мен цитоплазмасындағы жарғақты органеллаларды шектеп түратын жұқа қабықша. Жасушадағы зат алмасу процестері жарғақтың қатысуымен жүреді. Сондықтан, оны биологиялық жарғақ деп те атайды. Жарғақ жасушадағы протеиндер мен липидтердің молекулаларынан құралған. Оның қалыңдығы 6-10 нм-дей. Биологиялық жарғақ жасуша плазмолеммасы мен ядро кариолеммасын, Гольджи кешенінің, митохондриялардың, лизосомалар мен пероксисомалардың, гранулалы (түйіршікті) және агранулалы (түйіршіксіз) эндоплазмалық тордың сыртқы қабықшалары мен көпіршік, қапшық және түтікшелердің қабырғаларын құрайды. Жарғақ құрамының 40%-ы липидтерден, 60%-ы протеиндерден құралған. Кейбір жарғақтың 5-10%-ы көмірсулар түзуі мүмкін. Биологияциттердің, моноциттердің, мегакариоциттердің бастама ізашар жасушалары жетіледі. Екінші бағытта - лимфоциттердің бастама жасушалары дамиды. Көпмүмкінікті жартылайдіңгекті жасушадан қаң жасушаларының бірмүмкіндікті (унипотентті) бастама жасушалары, олардан бласттар қалыптасады. Ал бірмүмкіндікті бласттардан қан жасушаларының белгілі түрлері ғана дамып жетіледі.

мембрана — жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), ақуызды-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық мембрана өткізгіштік қасиетіне байланысты жасушада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана жасушалық мембрана деп аталады. Клеткалық мембрана қос қабатты ақуызды-липидті молекулалардан тұрады. Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер 20 ғасырдың басында белгілі болды.

1902 ж. неміс ғалымы Э. Овертон мембрананың құрамында май тектес заттар болады деген пікір айтты.
1926 ж. америкалық биологтар Э. Гортер мен Ф.Грендел адам эритроцитінің қабықшасынан сол затты бөліп шығарды.
Ал 1935 ж. ағылшын ғалымдары Л.Даниелли мен Г.Даусон және америкалық биолог Дж. Робертсон биологиялық мембрананың құрылымдық моделін ұсынды. Кейін электрондық микроскоп және рентгендік анықтау әдістерін қолдану нәтижесінде жасушаның барлық бөліктеріндегі биологиялық мембрана табиғатының ұқсас болатыны анықталды.
Биологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді. Сондай-ақ, биологиялық мембрана жасушаны қоршап, сыртқы ортадан оқшаулауы арқылы жасушаның морфологиялық тұтастығын сақтайды.

Мембрананың беттік қуыстылығы оның маңызды параметрі болып табылады. Дәл осы параметр жоғарғы қаббатың қалыңдығымен немесе қуыстын ұзындығымен бірге мембрана арқылы өтетін ағынды анықтайды. Әр турлі микрофильтрлеу мембраналары беттік қуыстылықтың кең аралаңына ие:5-7 %.

Микрофильтрлеу удерістерінің мембраналары 0,1-10 мкм қуыстарына ие және олардың сипаттамаларын әр турлі әдістермен оңай алуға болады. Біз олардың уш турін ғана қарастырамыз: сканерлеуші электрондық микроскопия, ағын қуыстылығы, көпіршіктің нуктесі.

Бұл әдістер құрылымдық немесе морфологиялық параметерлерін анықтауды қамтиды.

Электрондық микроскопия әдісі

Электрондық микроскопия мембрана сипаттамаларын анықтаудың бір әдісі болып табылады. Электрондық микроскопиялық әдістің негізгі екеуі белгілісканерлеуші электрондық микроскопия және жарық тусіретін электрондық микроскопия. Осы екі әдістің микрофильтрлеу мембраналарының қуысты құрылымын зерттеудің ең қарапайым әдісі сканерлеуші электрондық микроскопия. Сонымен қатар басқа ассимметриялық мембраналар мен жұқа құрылымдар зерттелуі мумкін. Қарапайым электрондық микроскоптарының ауыры қабілеті 0,01 мкм (10нм) құрайды, ал микрофильтрлеу мембраналардың қуыстарының диаметрі 0,1-10 мкм аралығында өзгереді. Жетілдірілген электрондық микроскоптар 5 нм (0,005 мкм) дейін көруге мумкіндік береді.

Электронды микроскоптың жұмыс істеу принципті төмендегі суретте көрсетілген (сурет 2). Кинетикалық энергиясы 1-25 кВ электрондар ағыны мембрана улгісіне туседі. Берілетін ағынның электрондарын алғышқы немесе жоғары энергетикалы электрондар деп, ал шағылатын ағынның электрондарын екінші электрондар деп атайды. Екінші электрондар (төмен энергетикадық) шағылмайды, олар бетте орналасқан атомдардан босап шығады. Дәл осы электрондар экранда немесе микрофотосуреттерде тіркелетін суретті құрайды.

Өткізгіштік әдіс қысымның тәуелділігіне байланысты мембранадан өткізілетін су ағыман өлшеуінен тұрады. Минималдық төмен қасымдарда ең улкен қуыстар өткізгішті болады, сонымен қатар ең кіші қуыстар өткізгішті емес болады. Минималдық қысым өлшемі көбіне зерттелетін мембрана материалынан (туйіспелі бұрыш – критерисі), пенетрант табиғатынан (беттік керіліс бойымен мінезделген) және қуыстардың өлшемінен тәуелді болады. Төмендегі Хаген-Пуазейль теңдеуіне сәйкес, сұықтықтың ағымен көбейте енгізілетін қасымда көбейеді.

V= = (1)

Мембрана тегіз цилиндлік қуыстар үлгісімен ықшамдалған. Нақты ммбранада әр қашан қуыстардың шақталарға үлестіруі бар, сондықтан өткізгіштіктің қисығы бірінші S-турлі аумақ, сосын сызықты аумақ болады.

Микросузгіштеу -жұқа дисперсиялық және коллоидты қоспаларды, әдеттегідей 1 мкм үлкенірек бір клеткалы микроорганизмдарды ұстап қалатын механикалық сузгілеу процесі. Әдеттегі тәжірибеде көбіне микросузгіштеу процесімен дискті, қанқалы – оралған және патрондық сүзгілерді пайдаланатын процестер деп ойлайды. Микросузгіштеу медицинада, тамақ өнеркәсібінде, алкогольды және алкогольсыз сусындар, сыра, шарап, өсімдік май шығаратын кәсіпорындарда, суды тазарту үшін суды дайындау жуйелерінде, шикізаттарды, ингредиенттерді, әр турлі технологиялық нәрселерді сүзіп алу үшін кең тарауын тапқан.

Ультрасузгіштеу – насосүзгіштеу және микросүзгіштеу арасында аралық орын алатын мембраналық процесс. Ультрасүзгіштеулік мембраналардың қуыстар өлшемі 20 дан 1000 Е дейін (немесе 0,002-0,1 мкм) және жұқа дисперсиялық және коллоидты қоспаларды, микромалекулаларды (молекулалық салмағының ең төменгі шегі бір неше мың), балдырларды, бір клеткалы микроорганизмдарды, цисстерді, бактерияларды және вирустарды ұстап қалатындай мумкіндіктері бар. Қорытындай келгенде, суды тазарту үшін мембраналық ультрасүзгіштеуді қолдану оның тұздық құрамын сақтап қалғанға және мөлдірлендіруге және химиялық заттарды қолданбастан судың жұкпасыздыруына мумкіндік береді, осылайша экологиялық және экономикалық қөз қарастарынан осы технологияны перспективалы етеді.

Наносүзгіштеу – сүзгілеу процессі, онда жетек күш ол мамбрананың екі бет аралығындағы қысым айырмашылығы. Наносүзгіштеу процесінде мембранада көбіне органикалық қоспалар (200-300 жоғары молекулалық салмақтарымен) және екі және уш валентті металдардың тұздары ұсталынып қалады, сонымен бір валентті тұздар өткізіледі. Сүзгіштеу процессі төмен қысымда өтеді-шамамен 3-8 бар.

Кері осмос – аз молекулалық салмақты ашып тасталатын заттан суды бөледі (еріктіш). Еріткіш үшін және ерітілген заттардың ішіндегі үшін өткізбейтін судың қысымымен болатын процесс жартылай өткізгіш мембрана арқылы болады. Кері осмоста мембрананың турлі беттерден қысымының айырмашылығы жетік күші болып табылады. Бұл қысым осматикалық қысымнан жоғарырақ болуы тиіс.

Электродиализ -электродиализ процесінде мембрананың турлі беттерден электр потенциалдың айырмашылығы жетек күші болып табылады. Онда иондар кішірек шоғырлану ерітіндесінен үлкенірек шоғырлану ерітіндісіне өтеді. Суды тазарту әдісін тұзды және тұздалынған суларды тұзсыздандыруға болады. Материалдар катионды- және аноинды ауыспалы материалдарынан жасалады. Катионды ауыспалы мембраналар (теріс зарядталған) катиондарды откізеді. Электр потенцияал катиондарды катодқа ал аниондарды анодқа тартады. Мембранадан иондардың таңдаулы миграциясының нәтижесінде электродиализдың бір камерасында иондар шоғарлануы жоғарылайды, ал екіншісінде – төмендейді.

Соңғы он жылдықта наноәлем обьектілерінің ерекше қасиеттеріне байланысты әр түрлі металдардардың нанобөлшектерін зерттеуге деген қызығушылық айтарлықтай өсті. Бұл техника мен ғылымның әр түрлі салаларында қолданып жатқан сапалы жаңа материалдарды алу үшін қолданылатын жаңа мүмкіндіктердің пайда болуына алып келді. Осылай, наноматериалдар соңғы кезде тиімді және іріктеуші катализаторлар алуда, микроэлектрондық және оптикалық құрылғылардың элементтерін жасауда, сирек кездесетін қасиеттері бар материалдар синтезінде қолданылады.

Осы тектес материалдарды жасау олардың құрылу ұдерісі барысындағы реакциялардың механизмдері мен заңдылықтарын, құрылатын бөлшектердің табиғатын анықтауға бағытталған іргелі зерттеулер жүргізусіз мүмкін емес. Әдеби деректерде металдық нанөлшемді құрылымдардың синтезінің әдістемелерінің келесі түрлері келтірілген: су ерітінділерінде, зольдерде сұйық полимерлерде, әр түрлі химиялық жаратылыстағы субстраттарда. Бірақ осы материалдарды қолданудың мынадай елеулі кемшіліктері бар: өлшемі калибрленген репликалар алудың қиындығы, металл нанобөлшектері конглометраттарының өлшемі мен формасын бақылау өзекті сұрақ болып қалды.

Наноқұрылымдарды жасау үшін полимерлі тректі мембраналарды (ТМ) қолдану қазіргі наноматериалтануда перспективті бағыт болып табылады. Шаблонды материал ретінде ТМ-ды қолданудың келесідей даусыз артықшылықтары бар:

-Полимердің химиялық инерттілігі;

- Наноқұрылымдардың формалары мен өлшемдерін бақылау;

-Қуыстардың калибрленген өлшемі;

-Полимерлі пленканың оптикалық түссіздігі;

-Репликаның жазық беті нанобөлшектердің ұсақ дисперсиялы қабатын алуға мүмкіндік береді.

Наноқұрылымдардың ретке келтірілген массивін алу үшін темплейттік синтез әдісін қолданудың перспективасы композитті материалдардың химиялық құрамы мен құрылысдарын бірегей өзгерту мүмкіндіктерімен, сонымен қатар материалдарды әрлендіруге қымбат бағалы литографиялық әдістемелер орнына физика-химиялық тәсілдерін қолданғандағы экономикалық әсерімен шартталған.

Материалдардықалыптастырудың темплейттік әдісінің негізгі кезеңдері:

- Қуысты матрица құру, құрылым керекті өлшемді және формалы қуыстарды қамтиды;

- Матрицаның қуыстарын керекті металдармен толтыру.

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1) А.Г.Камкин, И.С.Киселева «Физиология и молекулярная биология мембран клеток»

2) Д.О.Левицкий «Биохимия мембран»

3) И.Корыта «Ионы электроды мембраны»

4) http://www.studfiles.ru/preview/5354056/page:2/

5) http://ifreestore.net/1890/19/

Дата добавления: 2017-01-14