Биологиялық мембрананың құрылысы мен қызметі.
Биофизиканың міндеттерінің бірі ретінде биологиялық мембрананың құрысысын, ол арқылы зат тасымалдауды, нерв импульсының пайда болу мен оның таралуын, рецепция құбылысын және биомембрандағы энергия өзгеруін зерттеуді атауға болады.
Мембрана биофизикасы – медицина үшін ең маңызды жасуша биофизикасының негізгі бөлімі болып саналады. Адам ағзасындағы көптеген үрдістер биологиялық мембрана арқылы жүреді және іске асады. Мембранадағы үрдістердің бұзылуы-көптеген патологиялық өзгерістердің негізгі себебі болып табылады. Адам ағзасына тигізетін емдік әсерлер биологиялық мембранаға әсер ету арқылы іске асырылады. Тіршіліктің ең кіші бөлігі болып саналатын, өз бетінше өмір сүре алатын жасуша кез келеген жәндік пен өсімдік дүниесінің негігі бөлігі болып табылады.
Биологиялық мембрана мынандай қызметтер атқарады:
- Механикалық, бұл арқылы жасуша өзін қоршаған ортадан оқшауланады, оның дербес болуына және тиісті қызмет етуіне мүмкіндік береді;
- Тосқауылдық, бұл арқылы жасуша өзін қоршаған ортамен талғампаздық (селективті) түрде пассивті және активті зат тасымалдауға қол жеткізеді;
- Матрицалық, бұл арқылы биологиялық мембранада ақуыздар мен ферменттердің болуы қамтамасыз етіледі,
- Энергетикалық, бұл арқылы биолгиялық мембранада АТФ синтезделуі, биопотенциалдардың пайда болуына мүмкіндік алады.,
- Рецепторлық, мұндай қызмет арқылы мембрана басқа жасушаларды, сыртқы тітіркендіргіштердің әсерін сезуге, заттарды танып білуге мүмкіндік алады.
Мембрана жасушыларды бір- бірінен бөлумен қатар, оның ішкі бөлігі цитоплазманы өз беттерінше жеке қызмет атқара алатын бөліктерге-компартменттерге бөледі. Қазіргі кезеңде биологиялық жүйлердің қызметін сипаттауда осы компартментализация принципі үлкен қолдау табуда. Жасушаның компартментлизациялануы, ондағы биохимиялық процесстер мен түрлі реакциялардың бір бірінен оқшау жүруіне мүмкіндік береді, бұл реакциялардың бір ортада жүруі мүмкін емес. Осы принципке сәйкес, цитоплазмада - май қышқылдары синтезделсе, олардың тотығуы-митохондрияда жүреді, ал рибосомда- ақуыз синтезделсе, оның бұзылуы-лизосомда орын алады.
«Мембрана» термині ХІХ ғасырдың орта бөлігінде пайда болды және бұл арқылы жасушаны қоршаған ортадан бөліп тұрған, жартылай өткізгішік қасиеті бар жұқа қабатты атаған. 1851 жылы физиолог Х.Моль өсімдік жасушасы плазмолизін зерттеп, оның қабырғасының мембранаға тән қасиеті бар екендігін анықтаған. 1855 жылы ботаник К.Негели жасушаның толық қанды өмір сүруіне мембрананың жартылай өткізгіштік қасиетінің маңызды екендігін, осы арқылы жасуша ішінде осмостық қысымың қалыпты жағдайда болатындығын мәлімдеді. 1890 жылы неміс зерттеушісі В.Пфеффер алғаш рет «жасуша немесе плазмалық мембрана» терминін енгізді.
Жасушаның басты құрылымы мембрана екендігін алғаш ботаниктер анықтағандығы белгілі, өйткені ХІХ ғасырда электрондық микроскоптың болмауы себепті тірі организмдегі мембрана қабатын көру әлі мүмкін емес еді. Осы себепті биологиялық мембрана құрылысы мен оның көптеген қасиеттерін анықтау ХХ ғасырдың еншісіне тиді.
Биологиялық мембрананың алғашқы үлгісі 1902 жылы ұсынылған болатын. Зерттеушілер фосфолипидте жақсы еритін заттардың мембрана қабаты арқылы еркін өтетіндігін байқаған, осы құбылыс мембрана фосфолипидтен тұратын жұқа қабат деген жорамал жасауға мүмкіндік берген.
1925 жылы Гортер мен Грендель гемолизденген эритроциттен ацетон арқылы липидті бөліп алған. Алынған ертіндіні судың бетіне құйған, булану нәтижесінде су бетінде пайда болған липид молекулаларының алып жатқан аймағының ауданы, тәжірибе басында алынған эритроциттердің ауданынан екі есе көп болған. Осының негізінде мембранадағы липидтер екі қабат болып орналасқан деген қорытынды жасалды (1- сурет).
1935 жылы бұл ойдың дұрыстығын Коул мен Кертис мембрананың электрлік параметрлерін өлшеу арқылы дәлелді. Олар мембрананың меншікті электрлік сиымдылығының С= 0,5×10-2 Ф/м2, ал меншікті электрлік кедергісінің r =10 Ом× м2 үлкен болатындығын анықтады.
Биологиялық мембрана жазық конденсаторға ұқсас. Конденсатордың екі астары ретінде мембрананың сырты және ішкі(циоплазма) орталарындағы электролиттік сұйықтарды, ал конденсатордың астарларын бөліп тұрған диэлектригі ретінде екі қатар орналасқан фосфолипид қабатын, яғни биомембараны алуға болады