Биофизика мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны

Теоретические вопросы:

1. Значение транспорта веществ через биологические мембраны для жизнедеятельности клетки. Методы изучения проницаемости. Роль химического, электрохимического потенциалов в описании транспорта веществ (определения, формулы).

2. Пассивный транспорт веществ (определение). Схема пассивного транспорта. Плотность потока вещества j_m (определение, формула, единицы измерения). Уравнение Теорелла (формула, физический смысл).

3. Причины переноса вещества при пассивном транспорте. Вывод уравнения Нернста – Планка (физический смысл). Получить уравнение Фика из анализа уравнения Теорелла (формула, формулировка, физический смысл, условие применения).

4. Коэффициент диффузии, коэффициент проницаемости клеточной мембраны, коэффициент распределения вещества (формулы, законы; физический смысл; единицы измерения).

5. Классификация видов пассивного транспорта (схема, определения). Простая диффузия (определение). Схема простой диффузии. Вывод уравнения Каллендера – Берлунда (формула, определение). Коэффициент проницаемости клеточной мембраны (формула, физический смысл).

6. Опишите механизм простой диффузии через липидный слой (схема, формулы, условия, примеры). Понятие о кинках (определение, схема, роль для переноса вещества).

7. Механизм простой диффузии через липидные и белковые поры (понятие об ионных каналах, их виды, примеры).

8. Облегчённая диффузия (определение). Перенос ионов подвижным переносчиком (механизм, схема, пример). Облегчённая диффузия с фиксированным переносчиком (эстафетный перенос): механизм, схема, примеры, перенос электрона по дыхательной цепи. Отличия облегчённой диффузии от простой. Главная особенность пассивного транспорта.

9. Фильтрация (определение, пример процесса). Закон Пуазейля (формула, формулировка, физический анализ).

10. Осмос (определение, сущность). Уравнение Ван – Гоффа (формула, формулировка, физический смысл). Запишите формулу для расчёта скорости осмотического переноса воды через мембрану. Аномальный осмос (определение, сущность), его виды.

11. Активный транспорт (определение, схема). Первичный и вторичный активный транспорт (определение, схемы, пример). Значение и схема опыта Уссинга в раскрытии сущности процесса активного транспорта. Уравнение Уссинга – Теорелла (формула, применение, примеры).

12. Электрогенные ионные насосы (определение, виды: K⁺ - Na⁺ - насос; Ca²⁺ - насос; H⁺ - насос).

13. Липидные поры и стабильность мембран (механизм образования, функции, значение, методы исследования). Модель критической поры (строение гидрофильной липидной поры, количественный критерий стабильности липидной бислойной мембраны).

14. Электрический пробой мембран (определение, механизм, формулы, условия, примеры).

15. Температурный фазовый переход мембранных липидов (методы определения, условия, выводы).

16. Модель формирования пор при фазовом переходе (по Антонову В.Ф.): количественная оценка возникающих пор. Липидные поры и проницаемость мембран: сравнительный анализ с белковыми порами, механизм и направления исследования липидных пор.

17. Биофизика мембран (определение, значение для исследования мембран). Основные функции мембран (определение, примеры). Первые модели строения биологических мембран (сущность, лабораторное обоснование, физические модели, расчёт линейных параметров).

18. Значение, сущность и роль рентгеноструктурного и электронно-микроскопического исследований в изучении строения биологических мембран. Значение, сущность и роль метода “замораживание – скол – травление” в исследованиях по изучению строения биологических мембран.

19. Современное представление о структуре биологических мембран (сущность, физические лабораторные методы исследования, схема структуры образования бислойной мембраны, механизм образование поры). Причины, значение и роль фазовых переходов в биологических мембранах (динамика мембран).

20. Возможности флюоресцентного анализа в исследовании подвижности фосфолипидных молекул в мембране: флюоресцентные зонды – определение, пример структуры зонда; формула Перрена – Яблонского.

21. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) в изучении изменения микровязкости h (определение ЭПР, сущность и условия метода, формула резонансного значения частоты и индукции внешнего магнитного поля, графические зависимости Р = f (В).

22. Необходимость использования спин-зондов и спин-меток в методе ЭРП (сущность методики, применение спинового зонда ТЕМПО). Недостаток метода ЭПР.

23. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) в изучении подвижности фосфолипидных молекул в мембране (определение, сущность и условия метода, формула резонансного значения частоты внешнего магнитного поля).

24. Вклад флюоресцентного, ЭПР и ЯМР исследований в изучении подвижности фосфолипидных молекул в мембране (сравнительный анализ значений микровязкости для различных слоёв мембраны, значение спин-меток, способы прикрепления спиновой метки).

25. Латеральна диффузия (определение, механизм, формула Эйнштейна для расчёта среднего квадратичного перемещения S_кв. молекул при диффузии, значения и анализ коэффициентов латеральной диффузии для липидов и белков, формула для расчёта частоты перескока молекулы в следствие латеральной диффузии (примеры)).

26. Диффузия флип – флоп (определение, механизм, значимость для функционирования мембран, значение физических методов в исследовании, метод спин-меток в опытах на модельных липидных мембранах).

27. Физическое состояние липидов в мембранах (характеристика состояний, определение, расположение молекул в аморфном и жидкокристаллическом состояниях).

28. Фазовые переходы липидов в мембранах (физические методы исследования фазовых переходов, изменение структуры мембраны при переходе из жидкокристаллического в гель-состояние и обратно при изменении температуры, примеры).

29. Значение работ В.Ф. Антонова в изучении фазовых переходов (образование сквозных каналов, увеличение ионной проводимости мембран, объяснение термо- и хеморецепции).

30. Модельные липидные мембраны: липосомы (получение, схема строения однослойной липосомы, линейные параметры, применение в медицине и фармации,

31. Модельные липидные мембраны: плоские бислойные липидные мембраны – БЛМ (получение, образование плоской бислойной липидной мембраны, использование).

Вопросы для самоконтроля:

1) Сформулировать закон Коллендера - Берлунда.

2) Написать формулу вычисления коэффициента проницаемости,

3) В чем заключается физический смысл коэффициента проницаемости?

4) Определить концентрацию раствора по графику.

5) Объяснить построение логарифмической шкалы.

6) Какое значение имеет проницаемость мембран в жизнедеятельности клетки?

7) В чём заключается фотоколориметрический метод анализа.

8) Как можно определить концентрацию раствора? Приведите формулу для расчёта концентрации?

9) Опишите принцип действия дифференциального фотоколориметра.

10) Сформулируйте закон Бугера-Ламберта-Бера.

11) Что называется оптической плотностью среды? Как связана оптическая плотность среды с концентрацией исследуемого раствора?

Рекомендуемая литература

а). основная литература:

1. Лекционные записи.

2. Антонов В.Ф. Биофизика: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. – С. 8–30, 32–66.

3. Владимиров Ю.А. Биофизика. М: Медицина, 1983. – С. 63–88, 95–136, 136–147.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М: Высшая школа, 1987. – С. 248–258.

5. Волобуев А.Н. Курс физики и биофизики. – Самара: ФГУП “Самарский Дом печати”, 2004. – С. 378 - 383.

6. Ремизов А.Н. Курс физики. М.: Дрофа, 2004. – С. 639–645, 652.

7. Ремизов А.Н. Курс физики. М.: Высшая школа, 1987. – С. 244–248.

Поиск по сайту: