ЯМС биомембраныx

Министерство здравоохранения Республики
Узбекистан
Центр развития медицинского образования
Ташкентская медицинская академия
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной части ТМА
профессор _________ О. Р. Тешаев
«____» ______________ 2008 г.
2012 й
Кафедра: БИОРГАНИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
Предмет: БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ТЕМА:
Обмен веществ. Биологические мембраны
ЕДИНАЯ МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
(учебно-методическая разработка для преподавателей и
студентов)
Ташкент – 2012 г.
Составители: профессор Ф.Х. Иноятова
Рецензенты: профессор Н.М. Юлдашев – зав.кафедрой
биоорганической и биологической химии
ТашПМИ;
профессор А.А. Ходжиметов – профессор кафедры
биоорганической и биологической химии
Методическая разработка утверждена
ЦМК ТМА по медико-биологическим
проблемам “_11_” мая_2012 года,
Протокол № 8
ТЕМА: ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
Технологическая карта учебного процесса
Продолжительность занятия: 4 часа
Место проведения занятия
Количество студентов в группе: 10-15
Комнаты для практических и лабораторных
заняний
кафедры
биоорганической
и
биологической химии.
Структура учебного процесса
1. Введение.
План практических занятий.
2. Теоретическая часть.
3. Практическая часть.
- Определение
активности
сукцинатдегидрогеназы
мышц
и
конкурентное торможение её активности
(раб.62).
- Алгоритм практических навыков.
4. Аналитическая часть.
- Ситуационные задачи
- Контрольные тесты
- Обучающе-контролирующие игры
Основная цель учебного процесса:
1. Введение в обмен веществ. Питание как составная часть обмена веществ. Питание в
зависимости от возраста.
2. Этапы обмена веществ (переваривание, всасывание, промежуточный обмен, выведение
конечных продуктов)
3. Заменимые и незаменимые компоненты пищи, возрастные их потребности.
4. Анаболизм и катаболизм. Понятие о метаболизме.
5. Биомембраны, их функции и строение.
6. Трансмембранный перенос веществ.
Педогогические задачи:
Результаты учебной деятельности:
Ознакомление
студентов
с 
Последовательно раскрыть роль обмена
основами обмена веществ;
веществ и биологических мембран для
Объснить
студентам,
что будущего врача общей практики.
питание
является
одним
из 
Знать роль и значение клеточных
составляющих обмена веществ;
мембран в физиологических условиях и
Объяснить необходимость для патологических процессах, правильно их
жизнедеятельности
организм интерпретировать
в
диагностике
и
сбалансированного
питания,
ее дифференциальной диагности.
разнообразность,
что
позволяет 
Раскрыть связь нарушений обмена
получение основных и минорных веществ в развитии патологических состояний.
компонентов пищи;

Последовательно раскрыть значение
Ознакомить
студентов
с ассимилации (анаболизм) и диссимилации
основами онаболизма и катаболизма;
(катаболизм)
в
формиррованиии
Ознакомить
студентов
с патологических состояний для врача общей
заболеваниями
связанными
с практики.
нарушением обмена веществ;

Освоить необходимость рационального и
Дать общие представления о сбалансированного
питания
в
строении биологических мембран и их жизнедеятельности
организма
и
роль
функциях;
неправильного
питания
в
развитии
Объяснить
студентам
роль патологических процессов.
избирательного
межмембранного 
Иметь представление о метаболизме и
транспорта веществ в поддержании
гомеостаза;
Дать сведения о роли нарушений
межмембранного транспорта веществ в
развитии патологическиз состояний;
Правильное и рациональное
получение информации по данной
проблеме;
Правильный
выбор
практических навыков и их анализ;
Создание
алгоритма
по
изучению
обмена
веществ
и
биомембран и развития практических
навыков;
Создание
алгоритма
по
межмембранному транспорту веществ и
развития практических навыков.
метаболических путях, роль их в поддержании
гомеостаза в организме.

Иметь представление о строении
биомембран и изменении их состава и функции
при патологических состояниях.
• Самостоятельно
привести
примеры
нарушений обмена веществ при некоторых
патологических состояниях.
• Самостоятельно
привести
примеры
нарушений
мембран
при
некоторых
патологических состояниях.

развивают
навык
самостоятельного
принятия решения при исследовании обмена
веществ,
биомембран,
межмембранного
транспорта.
Студет должен уметь:
∙ в лабораторных условиях самостоятельно
выполнить определение активности
сукцинатдегидрогеназы в мышцах.
Методы обучения
Дискуссия, беседа, видеопросмотр, обучающая
игра – “Пчелиный улий”
Формы
организации
учебной Индивидуальная работа, работа в группах,
деятельности
коллективная.
Средства обучения
Учебные
пособия,
учебные
материалы,
реактивы
и
оборудования,
слайдовые
презентации,
раздаточные
материалы,
стандартные
шаги
по
выполнению
практических навыков, работа в интернет
сайтах медицины, маркеры, скотч, флипчарт.
Способы и средства обратной связи
Наблюдение, блиц опрос, тестирование,
презентация, оценка
2. Мотивация:
Роль и стадии обмена веществ. Основной состав пищи человека и его
значение. Виды мембран, их строения и функции. Трансмембранный перенос
веществ, изменение в строении мембран при болезнях
3. Межпредметные и внутрипредметные связи:
Изучение этой темы помогает понять процесс обмена энергии и
терморегуляции в нормальной физиологии, изменение обмена вещества при
нарушении эндокринной системы в эндокринологии, ставить точные
диагнозы в терапии, понять и объяснить разные процессы в фармакологии и
в патологической физиологии.
4. Содержание занятия.
4.1. Теоретическая часть.
Введение в обмен веществ
Живые организмы находятся в постоянной и неразрывной связи с
окружающей средой. Эта связь осуществляется в процессе обмена веществ.
Биологическая химия изучает химические процессы, лежащие в его основе. В
процессе обмена веществ с внешней средой в организме протекают
сложнейшие биохимические процессы, в результате которых основные
пищевые ингредиенты – белки, липиды и углеводы подвергаются
химической обработке, полностью возмещая энергетические и пластические
потребности организма.
Изменение основных питательных веществ в организме протекает в 4
этапа:
1. Питание и переваривание.
2. Всасывание продуктов переваривания.
3. Клеточный метаболизм или промежуточный обмен веществ.
4. Экскреция конечных метаболитов метаболизма (СО2, Н2О, NH3,
мочевина, креатинин, мочевая кислота).
Поступление веществ в организм происходит в результате дыхания
(кислород) и питания. В ЖКТ продукты питания перевариваются
(расщепляются до простых веществ). При переваривании происходит
гидролиз полимеров (белков, полисахаридов и других сложных органических
веществ) до мономеров, всасывающихся в кровь и включающихся в
промежуточный обмен. Промежуточный обмен (внутриклеточный
метаболизм) включает 2 типа взаимосвязанных реакций: катаболизм и
анаболизм.
Катаболизм — процесс расщепления органических молекул до
конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических
веществ у животных и человека — С02, Н20, мочевина, мочевая кислота,
креатинин. В процессы катаболизма включаются метаболиты, образующиеся
как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных
компонентов клеток. Реакции катаболизма сопровождаются выделением
энергии (экзергонические реакции). Преобладание процессов катаболизма
при физиологических (голодание, старение) и патологических (различные
инфекционные
и
соматические
заболевания,
гипертиреоз,
при
злокачественных новообразованиях и др.) и характеризуются потерей массы
тела.
Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, в которых простые
строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые
для организма. В анаболических реакциях используется энергия,
освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции). Данный
процесс обеспечивает рост, развитие и обновление организма. Преобладание
процессов анаболизма наблюдается при физиологических (беременность,
лактация, в детском и подростковом организме), при некоторых
патологических процессах (микседема, опухолевая ткань, в период
реконвалесценции).
Эти два взаимосвязанных процесса определяют гомеостаз в организме,
обновление органов и тканей.
Основные и минорные компоненты пищи
Питание – это основной фактор взаимосвязи внешней среды с живым
организмом и является первым этапом обмена веществ. Вместе с пищей в
организм поступают органические и неорганические вещества. К
органическим компонентам пищи относятся белки, углеводы и липиды и
составляют основных компонентов. К минеральным компонентам относятся
катионы и анионы различных солей и микроэлементов. Различают также
минорные компоненты. К ним относятся наряду с микроэлементами
витамины. К минеральным веществам относятся натрий, калий, кальций,
фосфор, хлор, железо, йод, медь, цинк и др.
Белки пищи содержат заменимые и незаменимые аминокислоты и
выполняют пластическую функцию. Незаменимые аминокислоты не
синтезируются в организме и недостаток или отсутствие их в пище приводит
к отрицать азотистому балансу и различным заболеваниям. Полноценные
белки должны содержать в достаточном количестве всех незаменимых
аминокислот и хорошо перевариваются в пищеварительном тракте. К таким
белкам относятся белки мяса, яйца птиц, рыб, молоко и другие. К
неполноценным белкам, которые мало содержат незаменимые аминокислоты
и плохо перевариваются относятся растительные белки и структурные белки.
В качестве эталона полноценного белка принят белок куриного яйца. Норма
белка в пищи для взрослых людей умственного труда равен 80 – 100гр белка.
Людям физического труда назначают дополнительно по 10 гр. белка на
каждые 500 ккал затрачиваемой энергии. Норма белка в жарком климате
несколько выше, чем в умеренном климате.
Углеводы (крахмал, сахароза, глюкоза, лактоза) играют энергетическую
роль. Суточная потребность 400 – 500 гр. крахмала.
Липиды:
триглицериды,
фосфолипиды,
холестерин
играют
энергетическую роль и участвуют в строении клеточных мембран. Суточная
потребность 80 – 100гр.
Незаменимые компоненты пищи
К ним относятся:
1. незаменимые аминокислоты: три, лей, илей, вал, тре, лиз, мет, фен.
Условно незаменимыми является арг и гис, в ткани частично синтезируются
2. полиненасыщенные жирные кислоты: линолевая (С 18:2), линоленовая
(С18:3) и арахидоновая (С20:4) кислоты.
3. Витамины. Функция витаминов наряду с перечисленными
физиологическими эффектами заключается в выполнении каталитической
функции, так как они входят в состав коферментов (коферментная функция).
Сбалансированное питание – это правильное распределение основных,
биологически активных веществ и минорных компонентов в зависимости от
возраста, пола, профессиональной деятельности и жизненного уклада.
Соотношение белков, липидов и углеводов в суточном рационе должно
составлять 1:1:4. Рациональное питание – это правильное распределение
основных и минорных компонентов пищи в течение суток (завтрак, обед,
полдник и ужин).
При сбалансированном питании необходимо правильное распределение
жизненно необходимых минорных компонентов: незаменимых аминокислот,
полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и минеральных элементов
(таблица 1).
таблица 1
Суточная потребность минорных компонентов пищи
Незаменимые
аминокислоты
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Метионин
Фенилаланин
Треонин
Триптофан
Валин
мг
3-4
4-6
3-5
2-4
2-3
2-3
1
4
Неорганические
вещества
Натрий
Калий
Фосфор
Кальций
Хлор
Магний
Медь
Железо
Йод
Цинк
Сера
Марганец
Кобальт
Молибден
Селен
мг
1100-3300
1900-5800
800
1700-5100
300-500
2-3
10
0,1-0,2
15
200
2-5
<1
0.15-0.5
0.05-0.2
0.0015-0.004
Витамины
Витамин А
Витамин Д
Витамин Е
Витамин К
Витамин В1
Витамин В2
Витамин В6
Витамин В12
Витамин Вс
Витамин С
Холин
мг
1,5-2,5
12-25мкг
10-20
2
2
2-3
0,5
0,002
0,1
70-100
500-1000
Существуют жизненно необходимые минеральные элементы. Они в
зависимости от потребностей организма они делятся на макро- и
микроэлементы. К макроэлементам относятся натрий, калий, фосфор,
кальций, хлор, магний. В высоких концентрациях они содержатся в молоке и
молочных продуктах, овощах и фруктах. Основные их функции
представлены в таблице 2.
таблица 2
Минеральные вещества и их основные функции
Минеральн
Продукты питания
ые вещества
Na
Поваренная соль
K
Ca
Mg
Cl
P
S
Fe
Zn
Функции
Осморегуляция, мембранный потенциал,
обмен минеральных веществ.
Зерновые, овощи, фрукты
Мембранный потенциал, метаболизм
минеральных веществ
Молоко и молочные продукты Формирование костной ткани, гемостаз,
передача сигналов
Овощи и зелень
Формирование костной ткани, кофакторы
ферментов.
Поваренная соль
Обмен минеральных веществ.
Мясо, молоко, зерновые и Формирование костной ткани, обмен
овощи
энергии, нуклеиновые кислоты.
S-содержащие аминокислоты
Обмен углеводов и липидов, процессы
конъюгации.
Мясо, печень, яйца, овощи, Гемоглобин, миоглобин, цитохромы,
фрукты
Fe/S-содержащие белки.
Картошка, зерновые
Цинк содержащие белки и ферменты.
Mn
Cu
Co
Mo
Se
I
F
Мясо, печень, зерновые
Большинство
продуктов
питания
Мясо, рыба, овощи и фрукты
Мясо,
рыба,
зерновые.
Бобовые, орехи, овощи
Морские
водоросли,
морепродукты,
соль
йодированная,
минеральные
напитки
Фторированные напитки
Ферменты.
Оксидазы.
Витамин В12.
Оксидоредуктазы.
Селен-содержащие ферменты.
Тироксин.
Кости, зубы, эмаль.
Натрий выполняет многочисленные биологические функции. В
основном он содержится во внеклеточной жидкости (лимфа, кровь) и
поддерживает осмотическое давление, играет важную роль в водно-солевом
обмене.
Калий поддерживает потенциал мембран, выводит воду и ионы натрия
из организма. В связи с этим используют «калиевые диеты» для снятия
отеков и давления, усиления диуреза.
Кальций является основным пластическим материалом для
формирования костной ткани, участвует в процессах свертывания крови,
является вторичным мессенджером в передаче сигналов внутри клетки.
К биогенным микроэлементам относятся железо, цинк, медь, фтор, йод,
марганец и др.
Йод в концентрации 20-40 мг% содержится в щитовидной железе,
участвует в синтезе йодтиронинов. Недостаток данного микроэлемента
приводит к развитию эндемического зоба.
Железо входит в состав хромопротеидов: гемоглобин, миоглобин,
цитохромы, каталаза и глутатионпероксидаза и др. недостаток его приводит к
развитию железодефицитной анемии.
Недостаток марганца приводит к нарушению генеративной функции,
развивается гипогалактия, неразвившаяся беременность, дегенерация
семенников.
Недостаток меди приводит к развитию микроцитарной нормохромной
анемии, снижению содержания цитохрома с и цитохромоксидазы в
дыхательной цепи митохондрий.
Недостаток цинка в пубертатном периоде приводит к замедлению роста
и развития всего организма, формирования вторичных половых признаков.
Фтор участвует в формировании дентина и эмали, недостаток его
приводит к развитию кариеса.
Понятие о метаболизме и метаболических путях
Метаболизм – это высокоинтегрированный и целенаправленный
процесс, в результате деятельности мультиферментных комплексов
поддерживается постоянство энергии и обмена веществ между внешней
средой и клетками. В результате метаболизма в клетках протекают
следующие процессы:
 Использовние энергии внешней среды. Это может осуществляться за счет
химической энергии органических веществ или солнечной энергии.
 Расщепление экзогенных органических веществ в органоидах клетки.
 Синтез и распад макромолекул.
Во всех живых организмах последовательность протекания
метаболических реакций, особенно центральных метаболических путей
одинакова. К ним относятся цикл Кребса, гликолиз, синтез углеводов, белков
и липидов и др. Вместе с тем для каждых живых организмов имеются свои
специфические метаболические пути. Например, у людей, птиц, рептилий
пуриновые основания распадаются до мочевой кислоты, у других – до
мочевины, глиоксалата или алантоина.
В зависимости от факторов внешней среды и используемых пищевых
продуктов, живые организмы в определенной степени могут менять свою
направленность. Например, в анаэробных условиях преобладает гликолиз, в
аэробных условиях – окислительное декарбоксилирование пирувата, цикл
Кребса и окислительное фосфорилирование.
Метаболические пути:
1. Центральные метаболические пути – при окислении нескольких сотен
граммов белков, углеводов и липидов образуются СО2,Н2О и энергия.
2. Вторичные метаболические пути – это образование специфических
веществ в клетках. Например, гормонов, токсинов, коферментов и др.
веществ в небольших количествах (мг).
3. Циклические метаболические пути. Они характерны для микроорганизмов
и в качестве энергетического субстрата используют оксалат.
В настоящее время известно свыше 2000 ферментов, участвующих в
метаболических процессах в клетке. Одни из них участвуют в основных
метаболических путях, другие в специфических метаболических путях.
Однако все они тесным образом взаимосвязаны. Схематическое изображение
их называется метаболической картой.
Методы изучения обмена веществ
Существуют следующие методы изучения обмена веществ:
1. Организменный
2. Тканевой или органный
3. Клеточный
4. Клеточные органоиды
5. Молекулярный.
Существуют 3 способа изучения промежуточного обмена веществ:
1. В живых организмах.
2. Аналитически-дезинтегративный метод.
3. Синтетический метод.
Для изучения промежуточного обмена в живых организмах
применяются изотопы различных химических элементов. Используя данный
метод, получены сведения об эссенциальных пищевых компонентах.
Аналитически-дезинтегративный
метод
включает
получение
различных клеток и их органоидов, изучение в них различных
метаболических процессов. Однако при данном методе нарушаются
эволюционно сложившиеся сложные взаимосвязи.
Синтетический метод включает создание искусственных модельных
систем.
Строение и функции биомембран
Все клетки и их органоиды окружены мембраной. Общее количество
мембран можут составить 80% от общей массы клетки. Все мембраны
полярны, т.е. строение и функции внешней и внутренней поверхности
мембран различаются. Они выполняют следующие функции:
1. Окружают и изолируют клетку и клеточные органеллы. Например,
плазматическая мембранан отделяет клетку от межклеточного матрикса,
защищает клетку от механических и химических воздействий. Вместе с
тем плазматическая мембрана участвует в поддержании постоянства
концентрации ионов и метаболитов внутри клетки и межклеточном
матриксе.
2. Участвует в регуляции переноса метаболитов и ионов внутрь клетки,
играет важную роль в поддержании внутриклеточного гомеостаза.
3. Мембрана участвует в межклеточной сигнализации и переноса их внутрь
клетки. воспринимают, усиливают и передают внутрь клетки сигналы из внешней среды.
4. Ферментативный катализ. В частности, во внутренней мембране
митохондрий расположены ферменты дыхательной цепи, участвующие в
энергопродукции, в ЭР ферменты детоксикации ксенобиотиков, синтеза и
метаболизма липидов и холестерина.
5. Мембрана участвует во взаимодействии с межклеточным матриксом и
другими клетками, способствуя слиянию их, образованию тканей и
органов.
6. Участвует в формировании формы клетки и клеточных органоидов,
цитоскелета, их движения.
таблица 3
Основные мембраны клетки и их функции
Компонент клеточной
структуры
Биологическая роль
Плазматическая мембрана
Обеспечивает перенос веществ из межклеточной среды в
клетку и в обратном направлении, электрическую
возбудимость, посредством белков-рецепторов
взаимодействие клетки с гормонами и другими
регуляторными молекулами, межклеточные взаимодействия
Окружает ядерный материал, состоит из внешней и
внутренней мембран, имеет поры, через которые РНК
проникают из ядра в цитоплазму, а регуляторные белки —
из цитоплазмы в ядро
Обеспечивает биосинтез секреторных, лизосомальных и
мембранных белков, микросомальное окисление нормальных
метаболитов и чужеродных веществ, синтез стероидов и
фосфолипидов
Ядерная мембрана
Эндоплазматический
ретикулум (ЭР)
Мембрана аппарата Гольджи Участвует в посттрансляционной модификации белков,
синтезированных в ЭР, предназначенных для секреции,
включения в плазматическую мембрану или доставки в
лизосомы
Митохондриальная мембрана Образована 2 мембранами — наружной и внутренней,
разделенными межмембранным пространством. Внутренняя
мембрана содержит ферменты, участвующие в транспорте
электронов и синтезе АТР (окислительное
фосфорилирование)
Мембрана лизосом
Обеспечивает поддержание кислой среды (рН 5,0),
необходимой для действия гидролитических ферментов
(протеаз, липаз), ответственных за деградацию макромолекул
и клеточных компонентов
Все мембраны построены из: липидов, белков 40-75%, углеводов 10%.
Соотношение липидов, белков и углеводов в различных мембранах обладает
определенной специфичностью. Например, миелиновые мембраны на ¾
состоят из липидов, внутренняя мембрана митохондрий в основном состоит
из белков, на внешней поверхности плазматической мембраны обнаружены
углеводы.
Изучение липидного состава клеточных мембран показало
определенную тканевую специфичность. Основу биологической мембраны
составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют
фосфо- и гликолипиды. Липиды мембран амфифильны, имеют полярную
(гидрофильную) и неполярную (гидрофобную) части. Гидрофильной группой
фосфолипида является фосфатный остаток с присоединенным к нему холином,
этаноламином или серином. Гидрофобную часть липидов составляют
углеводородные цепи ацильных остатков, различающиеся по длине и степени
ненасыщенности. Строение ацильной группы липида влияет на свойства
мембраны.
1. Молекулы липидов в мембране способны к латеральной диффузии
(жидкостность мембран). Скорость латеральной диффузии зависит от
микровязкости мембран, которая в свою очередь зависит от относительного
содержания насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Плотность упаковки, а
следовательно, и микровязкость меньше при преобладании ненасыщенных и
больше при преобладании насыщенных жирных кислот. Латеральная диффузия
белков мембран ограничена из-за их размеров.
2. Гликолипиды построены на основе аминоспирта сфингозина.
Гидрофильная группа гликолипидов представлена углеводным остатком,
присоединенным гликозидной связью к гидроксильной группе сфингозина. В
зависимости от длины углеводной части различают цереброзиды
(моносахаридный остаток) и ганглиозиды (сложный олигосахарид).
3. Холестерин является важным составляющим мембран. Молекулы
холестерина располагаются в гидрофобной зоне мембраны параллельно
гидрофобным хвостам молекул фосфо- и гликолипидов. Гидроксильная группа
холестерина контактирует с гидрофильными головками фосфо- и гликолипидов.
4.Наличие холестерина в мембранах уменьшает подвижность цепей жирных
кислот, снижает возможность латеральной диффузии липидов и белков и поэтому
может влиять на функции мембранных белков. Липидный состав мембран
различен, содержание того или иного липида, по-видимому, связано с
разнообразием функций, которые выполняют эти липиды в мембранах (табл. 4).
К минорным компонентам внутренней митохондриальной мембраны
относятся убихинон, токоферолы.
таблица 4
Липидный состав некоторых биологических мембран (% различных
липидов от общего их количества)
Липиды
Эритроциты
человека
Миелин человека Митохондрии
сердца быка
Мембраны Е.
соН
Фосфатидная
кислота
1,5
0,5
0
0
Фосфатидилгли- 0
церин
Фосфатидилхолин 19,5
0
0
18
10,0
39,0
0
Фосфатидилэта- 18,0
ноламин
Фосфатидилсери 8,5
н
Фосфатидилино- 1,0
зитолбисфосфат
20,0
27,0
65
0,5
0,5
0
1,0
7,0
0
Кардиолипин
0
0
22,3
12
I
Сфингомиелин
17,5
8,5
0
0
I
Гликолипиды
10,0
26,0
0
0
I
Холестерин
25,0
26,0
3,0
0
I
Различают 3 группы белков: белки ферменты, рецепторные белки и
структурные (неактивные) белки. Они, объединяясь с липидами образует
липопротеины. В зависимости от местоположения в мембране белки
разделяют 2 группы:
Интегральные мембранные белки. Они полностью пересекают
мембрану и образуют спирализованные участки (домены), соединены
липидами сильной ковалентной связью: ферменты, антигены, транспортные
белки, рецепторные белки, гликопротеины.
Периферические мембранные белки. Они располагаются на
поверхности липидного бислоя (рис.). Слабо связаны с мембраной,
например: цитохром с, спектрин, МАО.
Внешняя поверхность мембраны
внутренняя поверхность мембраны
Мембранные белки, контактирующие с гидрофобной областью
липидного бислоя, должны быть амфифильными, т.е. иметь неполярный домен.
Амфифильность достигается благодаря тому, что: аминокислотные остатки,
контактирующие с липидным бислоем в основном неполярны; многие
мембранные белки ковалентно связаны с липидами (ацилированы).
Ацилированные белки локализованы в основном на цитоплазматической
поверхности плазматической мембраны. Миристиновая кислота (С14)
присоединяется к белкам амидной связью с N-концевым глицином.
Пальмитиновая кислота чаще всего присоединяется к белкам с образованием тиоэфирной связи с цистеином или гидроксиэфирной связи с серином и
треонином. Между молекулами липидов в бислое, между белками и липидами
бислоя не образуется ковалентных связей. Внеклеточные участки белков
клеток, в том числе большинство рецепторов и транспортных белков, почти
всегда гликозилированы. Углеводные остатки защищают белок от протеолиза,
участвуют в узнавании и адгезии. Мембранные гликопротеины могут быть
гликозилированы по аспарагину, серину или треонину, и образуют
гликокаликс.
Внешняя и внутренняя поверхности мембран различаются по составу
липидов, белков и углеводов — поперечная асимметрия. Мембраны легко
разрушаются под действием детергентов, после удаления которых они способны к самосборке — формированию двойного липидного слоя.
В настоящее время предложены несколько моделей биомембран:
 Бутербродная модель Даниели и Давсона (1931). Липидный бислой
расположен между ломтя белками.
 Модель липопротеинного ковра. Молекулы липидов и белков
переплетены в липопротеидный ковер.
 Мозаичная модель мембраны и др. Мембрана состоит из липидного
бислоя в которым вкраплены молекулы белков. В настоящее время
отсутствуют удовлетворительно объясняющая модель мембраны.
Для мембран характерны следующие свойства:
Жидкостность (латеральная диффузия). Мембраны являются
подвижными и гибкими, что позволяет растягиваться, отделяться, сливаться
друг с другом. Находится постоянно в движении, сворачиваться, образовать
сферическую структуру клетки, могут сливаться друг с другом. Структурный
переход внутрь мембран играет роль триггерного механизма. Переключение
клетки из одного метаболического состояния в другое. При этом изменяется
липидный и белковый состав.
Поперечная ассиметрия. Наружная и внутренняя стороны имеют
различный состав липидов и белков. Глюкопротеиды находятся на наружной
стороне. На внутренней стороне находятся ферменты. Наружная поверхность
мембран обогащена холинфосфотидами, а внутренняя – аминофосфатидами
(ФЭ, ФС, и др.). Поверхность различных мембран различаются по
содержанию липидов, белков и углеводов. Например, в плазматической
мембране эритроцитов наружный монослой в основном состоит из ФХ,
внутренняя поверхность – ФЭА и ФС. Углеводные компоненты
гликолипидов и гликопротеинов выступают с внешней поверхности
мембраны и образуют гликокаликс, во внутренней поверхности мембран
углеводы отсутствуют. Рецепторы гормонов локализованы на внешней
поверзности плазматической мембраны, аденилатциклаза – во внутренней
поверхности мембраны.
 Избирательная проницаемость
Они очень четко регулируют поступление различных веществ в клетку
и выход их из неё.
Транспорт веществ
Транспорт или перенос веществ из одного места в другое играет важную
роль не только в метаболизме, но и в функционировании всего организма. В
основном транспорт выполняет связующую функцию между органами и
тканями, а также высокую специализацию органов и тканей.
Транспорт веществ осуществляется следующими механизмами:
1. Механический транспорт: а) с носителями; б) без носителей.
2. Диффузионный транспорт: а) пассивный транспорт (простая
диффузия); б) облегченный транспорт (облегченная диффузия).
3. Активный транспорт: а) первичный активный транспорт; б)
вторичный активный транспорт.
4. Электрофоретический транспорт.
5. Везикулярный транспорт (цитоз): а) пиноцитоз (эндоцитоз); б)
экзоцитоз.
таблица 5
Транспорт веществ через мембраны
Диффузия веществ по градиенту концентрации, самопроизвольный процесс
Простая диффузия
Не требует специальных
переносчиков
02> Н20, С02, низкомолекулярные
гидрофобные молекулы, например
стероидные гормоны
Облегченная диффузия Происходит при участии специальных белковых структур,
облегчающих диффузию гидрофильных веществ через гидрофобный
слой мембран
Транслоказа пропускает
Глют-2-транслоказа мембраны
вещество в обоих
гепатоцитов переносит глюкозу в
направлениях
обоих направлениях
Пассивный симпорт —
Транспорт Н+ и пирувата через
перемещение ионов по
внутреннюю мембрану митохондрий
градиенту концентрации в
в матрикс
одном направлении
Пассивный антипорт —
Транспорт анионов СГ и НСО~ через
перемещение ионов по
мембрану эритроцитов
градиенту концентрации в
противоположных
направлениях
Регулируемые каналы
Са2+-канал мембраны ЭР,
регулируемый ИФ-3
Активный транспорт, перенос веществ против градиента концентрации,
несамопроизвольный процесс, требует источника энергии
Первично-активный
Источник энергии АТР
№+,К+-АТРаза Са2+-АТРаза
транспорт
Вторично-активный
Источник энергии — градиент
транспорт
концентрации одного из
переносимых веществ
Симпорт
Транслоказа переносит в
Ма+-зависимый транспорт глюкозы в
клетку 2 вещества, одно из
клетки кишечника
них перемещается против
градиента концентрации за
счет перемещения другого
вещества по градиенту
концентрации
Антипорт
Перемещение веществ идет в Са2+, Ма+-активный антипорт
противоположных
направлениях — одно из них
против градиента
концентрации за счет
перемещения другого
вещества по градиенту
концентрации
Механический транспорт веществ осуществляется за счет
гидростатического
давления
различных
жидкостей,
создаваемого
сократительной способностью сердечных мышц или других тканей. Для
осуществления механического транспорта без носителей переносимое
вещество должно хорошо растворяться в жидкостях (например: глюкоза,
аминокислоты). При механическом транспорте с носителями вещество
переносится в связанном виде с белками или клетками крови (например:
липиды, гормоны, кислород и др.).
Трансмембранный перенос веществ
Диффузионный транспорт. Данный вид транспорта основан на
градиенте концентрации растворенных веществ (явление осмоса). При
простой диффузии транспорт веществ осуществляется с высокой
концентрации в низкую, например: Н2О, СО2,О2. При облегченной диффузии
транспорт вещества осуществляется с помощью специальных переносчиков,
скорость переноса зависит от концентрации переносчиков. Например:
органические кислоты, моносахариды, жирорастворимые витамины,
стероидные гормоны и др.
Активный транспорт веществ осуществляется против градиента
концентрации, осуществляется при участии специальных ферментов и
энергии. В зависимости от используемой энергии активный транспорт
разделяется на 2 вида: первичный и вторичный. При первичном активном
транспорте в качестве источника энергии используется АТФ, при вторичном
– мембранный электрохимический градиент. При этом первое вещество
создает условия для переноса второго вещества. Если перенос веществ
осуществляется в одном направлении – симпорт, в противоположенных
направлениях – антиропт. Например, натрий и глюкоза – симпорт, ионы
натрия и калия – антипорт.
Механизм функционирования Na+,K+-АТФ-азы представлен на
рисунке. В настоящее время хорошо изучены: Na+,K+-насос и кальциевый
насос. Первый насос выкачивает из клетки Na+и накачивает K+. Второй насос
накачивает ионы Са в клетку.
Молекулярной машиной насоса является фермент натрий-калий
зависимая АТФаза, магний зависимая АТФаза, источником энергии насоса
является АТФ.
Фермент пространственно асимметричен, т.е. он стимулируется
внеклеточным K+ и внутриклеточным Na+, добавка только Na+ или только K+
не влияет на ферментативную активность. При присутствии обоих ионов
гидролиз АТФ заметно ускоряется. Na+K+-АТФаза имеет мол. массу ≈
250000. Состоит из каталитической и гликопротеидной субъединицы.
Na+, K+-АТР-аза ишлаш механизми
При гидролизе АТФ каталитическая субъединица фосфорилируется.
Она имеет место связывания для Na+, K+ и уабаина (сердечного гликозида)
ингибирующего активный транспорт Na+ и K+ во многих
клетках.
Предполагается: большая субъединица простирается через всю толщу
клеточной мембраны, причём место связывания K+ оказывается на наружной
поверхности мембраны, а Na+ и АТФ – на внутренней. Сахара
гликопротеидной субъединицы представлены сиаловой кислотой, фруктозой,
N-ацетилглюкозамином и лактозой. Фермент пересекает мембрану. На
внутренней поверхности мембраны имеется участок связывания для 3 ионов
натрия. Связывание ионов натрия с ферментом приводит к гидролизу АТФ и
фосфорилированию фермента, что изменяет конформацию и приводит к
закрытию внутренних и открытию внешних створок канала на поверхности
мембраны, выходу натрия во внеклеточное пространство. Это приводит к
дефосфорилированию фермента и входу 2 ионов калия в канал, закрытию
внешних и открытию внутренних створок канала. Вследствие этого 2 K+
входят в клетку и создает потенциал на мембране клеток. Кроме Na+ K+-АТФазы существуют Mg2+-АТФ-аза, Ca2+-АТФ-аза и H+-АТФ-азы.
Электрофоретический транспорт связан с переносом заряженных
частиц через поры мембран. Это связано с электрохимическим потенциалом
на мембране. Этим путем переносятся органические кислоты, минеральные
вещества, нуклеотиды и др.
Путем везикулярного транспорта через мембраны переносятся
высокомолекулярные соединения. В зависимости от направленности
различают эндоцитоз (внутрь клетки) и экзоцитоз (из клетки). В основном
эндоцитоз
характерен
для
лейкоцитов,
гистиоцитов,
ретикулоэндотелиальных клеток, экзоцитоз – для железистых клеток. При эндоцитозе
вещество на поверхности мембраны образует выпячивание и везикулу и в
виде фагосомы проникает внутрь клетки. Так он соединяется с первичными
лизосомами и образует фаголизосому в которой происходит переваривание.
Нужные вещества переносятся в цитоплазму, а остатки, образуя везикулу,
путем экзоцитоза переносятся в межклеточное пространство.
Фагоцитоз является одним из звеньев неспецифической иммунной
защиты. Обезвреживание микроорганизмов этим путем осуществляется при
участии активных радикалов кислорода, гидроксильных и перекисных
радикалов, ионов хлора.
Активизация кислорода при участии НАДФН-оксидазы образуются
свободные радикалы кислорода, которые при участии миелопероксидазы
образуют перекись водорода. Водород пероксид при участии фермента
каталазы изменяет валентность железа и образует гидроксильный радикал,
который способствует разрушению мембран фагоцитированных микробов.
Наряду с этим водород пероксид при участии фермента миелопероксидазы
взаимодействует с ионами хлора, образует гипохлорид, обладающий
антибактериальным действием.
В зависимости от места переноса веществ различают межтканевой,
транскапиллярный, трансцеллюлярный, внутриклеточный.
Повреждение лизосом приводит к развитию воспаления, силикоза,
подагры и других заболеваний. Это проявляется активизацией
аутолитических процессов, протеолиза, гликолиза, липолиза, накоплением
органических кислот и развитием гиперосмии.
Использование современных педагогических технологий в процессе
проведения практического занятия
Техника графических органайзеров
Методика кластеров
1. Любую мысль фиксируйте.
2. Не обращайте внимания на орфографические и стилистические
ошибки.
до завершения времени продолжайте писать. Если нет мыслей, то на бумаге
рисуйте до появления новых мыслей.
«Пчелиный улей»
Использование интерактивного метода “Пчелиный улей” позволяет
сплотить интерактивную группу, активное участие всех студентов в процессе
разбора ситуационных задач и совместное ее решение. Преподаватель
работает совместно со всей группой. Данный метод позволяет повысить
интеллектуальный уровень студента, умение мыслить, правильно
формировать свое мышление и высказывать, анализировать ситуацию. Метод
используется во время практических занятий, и максимальный балл
составляет 30 баллов из 100 баллов.
Для проведения данной игры необходимо:
1. Вопросы или билеты с ситуационными задачами
2. Чистый лист бумаги
3. Разноцветные ручки
Методика интерактивной игры:
- Группа делится на 4 подгруппы
- Каждая подгруппа располагается за отдельным столом
- Из каждой подгруппы один студент берет билет с ситуационной
задачей
- Для каждой подгруппы одинаковые ситуационные задачи
- Студенты подгрупп берут ручки и лист бумаги
- В верхнем правом углу бумаги пишется номер подгруппы, ФИО
студентов, название темы занятия вопрос или ситуационная задача
- Каждая подгруппа обсуждает вопрос или ситуационную задачу и
излагает свое решение
- Для принятия решения отводится 20 мин
- Листы с решением передаютяс преподавателю. Преподаватель
фиксирует время сдачи листа, это учитывается при общей оценки
результатов
- Студенты обсуждают ответы подгрупп и определяют наиболее
точный и правильный ответ
- Самый правильный и точный ответ, а также сдавшие первыми
получают 30 баллов, следующий – 25 баллов, затем, 20 баллов и
последний получает 15 баллов.
- Они учитываются при подведении общего итога баллов каждому
студенту.
4.2. Аналитическая часть
Лабораторная работа:
Определить активность сукцинатдегидрогеназы в мышцах
Не
Выполнено
выполнено правильно и
полностью
№
Действия
I.
Выделение фермента
Измельчение 1-2 г новой ткани мышц с помощью
ножниц
Размельчение с водой в фарфоровой ступке
Провести полученный фарш через воронку с 2слойной марлей
Промыть фарш водой 25 мл
Промытый фарш переместить в чистою пробирку
Добавить 4 мл воды и перемешать стеклянной
палочкой
Гомогенат разделить на 3 части
Нарушается активность фермента в 1-й пробирке
с помощью кипячения
Определить активность фермента
На основе данной таблице готовится реакционная
среда
Жидкости в пробирке перемешать и поместить на
15 мин 37оС в термост или держать в водной бане
Обесцвечивание индола дихлорфенола
Составляется таблица, результаты заносятся в
тетрадь и делаются выводы работы
Проверяется учителем
а)
б)
в)
г)
д)
ё)
ж)
з)
II.
и)
й)
к)
л)
м)
0
9б
0
0
6б
0
0
0
6б
76
0
0
6б
0
11б
0
10б
0
0
4б
0
9б
8б
8б
10б
6б
4.3. Формы контроля знаний, навыков и умений:
-устный;
-письменный;
-тестирование;
-решение ситуационных задач;
-демонстрация освоенных практических навыков.
5. Критерии оценки текущего контроля.
№
1.
Успеваемость
в % и баллах
96-100
Оценка
Уровень знания студента.
Отлично «5»
Подводит итоги и принимает решения
Творчески мыслит. Самостоятельно анализирует.
2.
91-95
3.
86-90
4.
81-85
5.
76-80
6.
71-75
7.
66-70
8.
61-65
9.
55-60
10
50-54
11
46-49
Применяет на практике
Проявляет высокую активность, творческий подход
при проведении интерактивных игр. Правильно
решает
ситуационные
задачи
с
полным
обоснованием ответа. Понимает суть вопроса.
Знает, рассказывает уверенно
Имеет точные представления
Творчески мыслит. Самостоятельно анализирует.
Применяет на практике. Проявляет высокую
активность, творческий подход при проведении
интерактивных
игр
Правильно
решает
ситуационные задачи с полным обоснованием
ответа. Понимает суть вопроса. Знает, рассказывает
уверенно
Отлично «5» Имеет точные представления
Самостоятельно анализирует. Применяет на
практике.
Проявляет
высокую
активность,
творческий подход при проведении интерактивных
игр. Правильно решает ситуационные задачи с
полным обоснованием ответа
Понимает суть вопроса. Знает, рассказывает
уверенно. Имеет точные представления
Применяет на практике. Проявляет высокую
активность при проведении интерактивных игр.
Правильно решает ситуационные задачи, но
обоснование ответа не достаточно полно. Понимает
суть вопроса. Знает, рассказывает уверенно. Имеет
Хорошо «4» точные представления
Проявляет
активность
при
проведении
интерактивных
игр.
Правильно
решает
ситуационные задачи, но обоснование ответа не
достаточно полно. Понимает суть вопроса. Знает,
рассказывает
уверенно.
Имеет
точные
представления.
Правильно решает ситуационные задачи, но
обоснование ответа не достаточно полно. Понимает
суть вопроса. Знает, рассказывает уверенно
Имеет точные представления
Понимает суть вопроса. Правильно решает
ситуационные задачи, но не может обосновать
ответ. Знает, рассказывает уверенно. Имеет точные
Удовлетворит представления по отдельным вопросам темы
ельно
Допускает ошибки при решении ситуационных
«3»
задач. Знает, рассказывает не уверенно. Имеет
точные представления по отдельным вопросам темы
Знает, рассказывает не уверенно.
Имеет частичные представления.
Не
имеет
точного
представления
по
рассматриваемой
проблеме.
Самостоятельная
работа не подготовлена, выполняет лабораторную
работу при участии преподавателя.
Не
имеет
точного
представления
по
12
41-45
13
36-40
14
31-35
Не
удовлетворит
ельно
«2»
рассматриваемой
проблеме.
Самостоятельная
работа не подготовлена, выполняет лабораторную
работу при участии преподавателя. Не может
анализировать полученные результаты.
Не имеет представления по рассматриваемой
проблеме. Самостоятельная работа не подготовлена,
не может выполнить лабораторную работу и
интерпретировать полученные результаты.
Не имеет представления по рассматриваемой
проблеме. Самостоятельная работа не подготовлена,
не может выполнить лабораторную работу, не
понимает суть проводимых исследований.
Ничего не знает, не понимает суть рассматриваемой
темы и проводимых лабораторных исследований,
самостоятельной работы нет, учебной тетради нет.
6. Хронологическая карта занятия.
№
1
2
3
4
5
6
7
Этапы занятия
Формы занятия
Вводное слово преподавателя (обоснование
темы)
Обсуждение темы практического занятия, Опрос, объяснение
оценка исходных знаний студентов с
использованием новых педагогических
технологий (малые группы, ситуационные
задачи,
деловые
игры,
слайды,
видеофильмы и др.)
Подведение итогов обсуждения
Предоставление студентам наглядных
пособий
(муляжи,
препараты,
компьютерные программы, схемы и др.) и
дача пояснений к ним
Самостоятельная работа студентов по Изучение препаратов,
усвоению практических навыков
постановка
биохимических
реакций
Выяснение степени достижения цели Устный
опрос,
занятия
на
основании
освоенных письменный
опрос,
теоретических знаний и по результатам тесты,
проверка
практической работы и с учетом этого результатов
оценка деятельности группы
практической работы,
дискуссия обсуждение
Заключение преподавателя по данному Информация, вопросы
занятию. Оценка знаний студентов по 100 для самостоятельной
бальной системе и ее оглашение. Дача подготовки
задания на следующее занятие (комплект
вопросов)
7. Контрольные вопросы.
1. Что такое обмен веществ?
2. Из скольких этапов состоит обмен веществ?
Продолжитель
ность в мин.
180
5
60
15
30
30
30
10
3. Что такое сбалансированное и рациональное питание?
4. Раскажите о минорных компонентах пищи и их значение для
организма?
5. При каких физиологических и патологических состояниях
преабладают процессы ассимилации и диссимиляции?
6. Какие метаболические пути Вы знаете?
7. Раскажите
о
строении
биомембран
и
разнообразии
биологических мембран?
8. Какие функции выполняют биологические мембраны?
9. Какие виды межмембранного транспорта Вы знаете?
10.Для каких тканей и клеток характерена облегченная диффузия?
11.Механизм функционирования АТФ-аз?
12.Объясните механизм везикулярного транспорта?
8. Литература.
Основная:
1. А.Я.Николаев «Биологическая химия» - 2008 г.
2. Т. Т.Березов, Б.Ф. Коровкин «Биологическая химия» - Москва 1990,
2005 г.
3. Р.А. Собирова ва бошкалар. Биологик Киме – Т., 2006 (лотин)
Дополнительная:
1. А. Ленинжер и другие «Основы биохимии» 1,2,3 том, Москва 1985 г.
2. Л.С. Страйер «Биохимия» 1,2,3 том, Москва 1985 г.
3. Д. Мецлер «Биохимия» 1,2,3 том, Москва 1980 г.
4. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Северин Е.С.,
Николаев А.Я., 2006
5. Биохимия. Северин Е.С., 2008
6. Е.А.Строев «Биологическая химия» - Москва 1986 г
7. А.Хорст «Молекулярные основы патогенеза» Москва 1992