Необходимость присутствия биологических мембран в клетке

Основные типы и роль мембранных структур в клетке.

Лекция № 22-23

І. Тема: Основные принципы мембранного разделения биологически активных веществ. Типы и характеристика мембран. Ультрафильтрация. Стерильная фильтрация. Обратный осмос. Аппаратура. Применение метода ульрафильтрации для выделения низкомолекулярных (ферменты, рекомбинантные белки и др.) продуктов из культуральной жидкости и экстракционных вытяжек.

ІІ. Цель: Ознакомить студентов с основными принципами и характеристиками мембран и их разделением, о видах и методах применения фильтрации.

ІІІ. Тезисы лекции:

Биологические мембраны представляют собой специальные полупроницаемые барьеры, отделяющие внутриклеточное содержимое и содержимое внутриклеточных органелл от окружающей среды. Все биологические мембраны построены по единым принципам, а особенности структурной организации и функционирования обусловлены различиями в химическом составе мембран и специфичности межмолекулярных взаимодействий мембранных компонентов.

В клетках прокариот (бактерии, риккетсии, микоплазмы) внутриклеточная дифференциация, а, следовательно, и внутриклеточные мембраны отсутствуют. Внутриклеточные органеллы характерны для клеток эукариот (растения, животные). Полагают, что одна из причин такого рода различий состоит в том, что линейные размеры клеток эукариот, как правило, на порядок больше размеров клеток прокариот. Вследствие этого удельная поверхность плазматической мембраны эукариот заметно меньше по сравнению с прокариотами. Развитая сеть внутриклеточных мембран позволяет увеличить удельную поверхность мембран в клетках эукариот и, таким образом, обеспечить оптимальные условия для протекания биохимических процессов на поверхности мембран и внутри отдельных компартментов.

С химической точки зрения разделение клетки на отдельные отсеки исключительно выгодно для координированного и эффективного осуществления биохимических реакций. Во-первых, скорость ферментативных реакций увеличивается за счет локализации во внутриклеточных органеллах, внутренний объем которых значительно меньше общего объема клетки. Это приводит к увеличению концентрации ферментов и субстратов и, как следствие этого, скорости химических реакций. Во-вторых, мембраны внутриклеточных органелл могут физически разделять в пространстве прямые и обратные реакции метаболического цикла. В-третьих, большинство клеточных ферментов работают на поверхности мембран, что в значительной степени повышает эффективность катализа, так как трехмерная диффузия реагирующих веществ заменяется на двумерную. В-четвертых, в обычных условиях мембраны непроницаемы для многих веществ, в том числе для низкомолекулярных ионов, что позволило в процессе эволюции создать специальные механизмы преобразования энергии и передачи информации с использованием потенциальной энергии трансмембранного градиента концентраций некоторых веществ и ионов.

Дата добавления: 2014-01-04