четверг, 15 декабря 2016 г.

1.2. Строение мембраны

Урок: 1.2. Строение мембраны

Транскрибация урока: [МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Все организмы так или иначе реагируют на изменения в окружающей среде. Любой, даже самый маленький одноклеточный организм обособлен от окружения. И вот на этой границе жизнь — не жизнь возникает простейшая сенсорная система, различающая неблагоприятные и благоприятные изменения. На тончайшей границе в клеточной мембране находятся воспринимающие сигнал молекулярные структуры — рецепторы. Давайте познакомимся со строением мембраны поближе. Основу любой биологической мембраны составляет двойной слой липидов. Его толщина невелика — около шести нанометров. В этот липидный би слой встроены молекулы белков. Кроме того, мембраны могут содержать и углеводы. И вот это соотношение «липиды : белки : углеводы» является характерным признаком для определенного типа клетки или мембраны. Мембраны полярны, потому что существует различие в составах внутреннего и внешнего по отношению к цитоплазме слоев. Основную массу липидов мембраны составляют фосфолипиды. Они представляют собой сложный эфир на основе глицерина, двух остатков жирных кислот и одного остатка фосфорной кислоты. Впрочем, могут встречаться и модифицированные фосфолипиды, если остаток фосфорной кислоты соединен с какой -нибудь некрупной молекулой, например, с холином. Фосфатидилхолин, который еще называют лецитином, пожалуй, самый распространенный вариант фосфолипида в мембране. В любом случае, у молекул образуется гидрофобная и гидрофильная часть. Гидрофильная часть — это некрупная головка, как раз образованная фосфорной кислотой и соединенная с какими -либо группами. А гидрофобная часть — это два остатка жирных кислот, длинные хвосты. В водной среде молекулы такой конструкции стараются спрятать свои гидрофобные части. Поэтому они как раз и формируют двойной слой, где головки направлены в окружающую среду — в водную, а хвосты надежно упрятаны между ними. Кроме фосфолипидов, ну или модифицированных фосфолипидов, в состав липидов мембран у животных может входить холестерол — эта некрупная молекула занимает свободное пространство между вот этими гидрофобными «хвостами» жирных кислот и уже не дает им так хорошо сгибаться, как они могли бы. То есть холестерол придает мембранам жесткость. Если холестерола мало, то мембраны более гибкие. Но кроме того, холестерол служит дополнительным гидрофобным «стопором», который предотвращает перемещение полярных молекул из клетки в окружающую среду или наоборот. Белковые молекулы в мембранах не закреплены, они подвижны, передвигаются с разной скоростью. Эта скорость зависит от различий в липидном составе мембраны и от размеров белковой молекулы или даже, может быть, это комплекс. Белки образуют мозаику в жидком матриксе фосфолипидов. Но надо иметь в виду, что переворот белка в мембране или переход околомембранного белка, допустим, на другую сторону мембраны, он, в принципе, невозможен. Как раз по характеру расположения белков относительно двойного слоя липидов, можно выделить, допустим, околомембранные белки. Ну еще их называют иногда погруженными, или периферическими. Они контактируют только с одним слоем фосфолипидов. Вот некоторые их варианты представлены на этой схеме слева. А другие белки, расположенные на схеме справа, это интегральные белки, или, как их еще называют, трансмембранные. Они контактируют уже с двумя слоями фосфолипидов. У трансмембранных белков те участки, которые проходят через мембрану, обязательно содержат гидрофобные остатки аминокислот. До 28 аминокислотных остатков укладываются в этом участке по спирали. В качестве примера можно привести белки-рецепторы, которые способны воспринимать химические сигналы. Вот они всегда имеют семь таких гидрофобных участков, семь трансмембранных участков. Но о структуре таких рецепторов мы еще будем говорить. Это как раз белки, которые составляют основу восприятия запахов, вкусов. Это очень распространенные белки. Кроме того, в состав мембраны входят олигосахариды. Они ковалентно связаны с белками и липидами, но всегда располагаются только снаружи клетки. Совокупность этих углеводов, входящих в состав гликолипидов, гликопротеинов цитоплазматической мембраны, называется гликокаликсом. Гликокаликс тоже участвует в рецепторной функции. Он маркирует клетки, он участвует в избирательности транспорта веществ, то есть выполняя роль молекулярного сита, пропускающего или не пропускающего молекулы. Компоненты мембран относительно подвижны. Они удерживаются все друг около друга нековалентными взаимодействиями, поэтому говорят о жидкостно- мозаичной структуре мембраны. Белки плавают среди липидов, липиды свободно перемещаются в пределах своего слоя. И вот текучесть мембраны — это вообще очень важный показатель. Он зависит и от температуры окружающей среды, и от липидного состава. Потому что наличие в липидах остатков ненасыщенных жирных кислот, то есть таких, у которых в этих длинных «хвостах» есть двойные связи между атомами углерода, вот это способствует повышению их подвижности и некоторому, может быть, нарушению такой кристаллической мембранной структуры. Белки отвечают за очень разнообразные функции мембран. Это, в первую очередь, транспорт, это межклеточные контакты, и это, самое важное для нас, восприятие сигналов из окружающей среды. Белки-рецепторы отвечают не только за восприятие физических или химических агентов, но и за взаимное распознавание клеток. После активации рецептора сигнал всегда передается внутрь клетки. Но подробнее о том, как происходит этот процесс, уже в следующей части.

Часть: 1.2. Строение мембраны

Модуль: Молекулярные основы сенсорных систем

Описание модуля:  В первой части мы с вами познакомимся с молекулярными основами сенсорных систем. Структуры, воспринимающие сигналы из окружающей среды – рецепторы – могут оказаться и целыми клетками, и отдельными молекулами. Вы узнаете, какие существуют варианты рецепторов и что служит для них адекватным стимулом, что такое рецептивное поле и зачем нужна конвергенция. Мы разберем, как устроена мембрана клеток, на которой начинается обработка сигнала; как появляется нервный импульс и как он передается; как специализирована кора головного мозга, обрабатывающая полученную информацию.

Курс: Биосенсоры

Описание курса: Чем больше информации об окружающей среде получает организм, тем выше его шансы на выживание. Все живое так или иначе реагирует на изменения вокруг себя. Улавливать эти изменения и сигнализировать о них центральной нервной системе – задача сенсоров клеточных мембран, чувствительных к той или иной форме энергии.

На этом курсе вы узнаете об устройстве различных сенсорных систем на молекулярном уровне и познакомитесь с некоторыми деталями работы нервной системы. Мы выясним, как реагирует простейшая сенсорная система на уровне одноклеточных организмов, как они определяют погодные условия вокруг себя и какие глаза бывают у одноклеточных.

Вместе с эволюцией организма происходит эволюция его сенсоров. Поэтому в ходе курса вам придется столкнуться с самыми разнообразными сенсорными системами многоклеточных животных: механо- и термочувствительной, хемо- и фоточувствительной, а также узнать о редких и недоступных людям способах ощущения мира – электро- и магниторецепции.

Программа:

Неделя 1

Молекулярные основы сенсорных систем

В первой части мы с вами познакомимся с молекулярными основами сенсорных систем. Структуры, воспринимающие сигналы из окружающей среды – рецепторы – могут оказаться и целыми клетками, и отдельными молекулами. Вы узнаете, какие существуют варианты рецепторов и что служит для них адекватным стимулом, что такое рецептивное поле и зачем нужна конвергенция. Мы разберем, как устроена мембрана клеток, на которой начинается обработка сигнала; как появляется нервный импульс и как он передается; как специализирована кора головного мозга, обрабатывающая полученную информацию.

Видео: Промо-ролик курса
Видео: Приветствие слушателям курса
Видео: 1.1. Общие черты строения сенсорных систем
Видео: 1.2. Строение мембраны
Видео: 1.3. Рецепторные белки
Видео: 1.4. Мембранный потенциал и нервный импульс
Видео: 1.5. Регуляция динамических свойств мембран

Неделя 2

В этом модуле мы знакомимся с особенностями восприятия механических стимулов. Молекулярные основы механорецепции – далеко не полностью изученная область, но мембранные каналы, изменяющие свою пропускную способность в ответ на растяжение или давление, функционируют в самых разных клетках, обеспечивая организмам разнообразные способы ориентации. Первый раздел – о механорецепторах позвоночных и беспозвоночных, позволяющих ощущать прикосновения, оценивать свойства поверхности и положение частей тела в пространстве.

Видео: 2.1. Механорецепторы мембраны
Видео: 2.2. Ракообразные, насекомые, паукообразные
Видео: 2.3. Осязание позвоночных
Видео: 2.4. Кинестезия у млекопитающих
Видео: 2.5. Анализ тактильной информации у млекопитающих

Неделя 3

Механочувствительность. Часть 2

Механочувствительность обеспечивает восприятие весьма разнообразных характеристик внешнего мира. В этом модуле мы рассмотрим развитие внутреннего уха у позвоночных. Этот орган обеспечивает и чувство равновесия, и слух, и способность к эхолокации – и все это базируется на работе механорецепторов.

Видео: 3.1. Внутреннее ухо: слух
Видео: 3.2. Внутреннее ухо: равновесие
Видео: 3.3. Эволюция уха
Видео: 3.4. Эхолокация

Неделя 4

Хемочувствительность

В этой части курса речь пойдет о хеморецепции – способности клеток и организмов воспринимать химические стимулы из окружающей среды и реагировать на них. Взаимодействие рецептора и лиганда обеспечивает направленное движение одноклеточных организмов, служит основой обоняния и вкуса и позволяет многоклеточным организмам регулировать параметры внутренней среды. Мы узнаем, что такое метилируемые белки хемотаксиса, как работают чувствительные щетинки членистоногих, отвечающие за восприятие запаха и вкуса, чем отличаются вкусовые почки и рецепторные клетки обонятельного эпителия позвоночных, а также о том, как осуществляется восприятие разных типов вкусовых веществ и почему незначительные изменения в структуре молекул могут принципиально изменить их запах.

Видео: 4.1. Прокариоты
Видео: 4.2. Хеморецепция многоклеточных: общие сведения
Видео: 4.3. Обоняние и вкус у насекомых
Видео: 4.4. Вкус у позвоночных
Видео: 4.5. Обоняние у позвоночных

Неделя 5

Фоточувствительность. Часть 1

В этом модуле мы рассмотрим фоторецепцию – восприятие солнечного света. Возможность чувствовать солнечный свет обеспечивают молекулы с сопряженными двойными связями, а от особенностей строения рецепторной молекулы зависит воспринимаемая клетками – и организмами – широта светового спектра. В первом разделе мы познакомимся с особенностями строения разнообразных глазков одноклеточных организмов, с устройством простых и сложных (фасеточных) глаз беспозвоночных; рассмотрим организацию камерного глаза головоногих.

Видео: Обращение к слушателям
Видео: 5.1. Светочувствительность: общие сведения
Видео: 5.2. Глазки одноклеточных
Видео: 5.3. Сложноустроенные "простые глаза"
Видео: 5.4. А как у моллюсков?
Видео: 5.5. Сложные глаза беспозвоночных

Неделя 6

Фоточувствительность. Часть 2

Этот раздел познакомит нас с устройством глаз позвоночных животных и с особенностями работы их сетчатки. Разные животные воспринимают разные области солнечного спектра, и это приносит им огромную пользу, хотя далеко не все животные видят мир таким многоцветным, как люди.

Видео: 6.1. Глаза позвоночных животных
Видео: 6.2. Функционирование сетчатки
Видео: 6.3. Что за сетчаткой?
Видео: 6.4. Варианты зрения позвоночных

Неделя 7

Редкие чувства

В этой части речь пойдет о самых редких, удивительных и даже невообразимых чувствах. Мы познакомимся с особенностями теменного глаза, который работает и как воспринимающая свет структура, и как эндокринная железа. Относительно простая и обычная термочувствительность тесно связана с инфракрасной чувствительностью, которой обладают насекомые и змеи. Мы познакомимся с электрорецепцией, возможность появления которой обеспечила боковая линия рыб, и с магниторецепцией, четко проявляющейся у некоторых бактерий и вызывающей много вопросов применительно к птицам. Кроме того, мы узнаем кто может видеть мир в поляризованном свете, какие особенности строения глаз дарят такую возможность, и какая от этого может быть польза.

Видео: 7.1. Третий глаз – кому он нужен?
Видео: 7.2. Термочувствительность
Видео: 7.3. Инфракрасная чувствительность
Видео: 7.4. Электрорецепция
Видео: 7.5. Магниторецепция
Видео: 7.6. Мир в поляризованном свете

Описание преподавателя: Анна Юшкова, Кандидат биологических наук, доцент, Кафедра естественнонаучных дисциплин ВКИ НГУ
Категория: Медико-биологические науки

Описание категории: Специализации и курсы по медико-биологическим наукам посвящены свойствам организмов и живых экосистем; сюда относится биология, диетология, зоология и медицина. Курсы в данной области улучшат ваше понимание растительной и животной жизни и умение анализировать способы взаимодействия и реагирования на изменения комплексных систем.

Тематика: Биология

Материал:



Ресурсы http://r.ournet.biz/2gSmbFA