ПРОГРАММА СПЕЦКУРСА «БИОФИЗИКА МЕМБРАН»

Введение в мембрано логик». Краткая история мембранологии. Мембрана — универсальный компонент биологических систем. Методы исследования биомембран: биохимические, физиологи­ческие, иммунологические, генетические, биофизические (ди­фракционные: рентгеновская дифракция, дифракция нейтронов; резонансные: ядерный магнитный резонанс, электронный пара­магнитный резонанс; оптические: абсорбционная спектроскопия, флуоресценция и метод флуоресцентных зондов, дисперсия оп­тического вращения, круговой дихроизм, инфракрасная спект­рофотометрия; дифференциальная сканирующая микрокалори­метрия; метод радиоактивных меток; метод моделирования мем­бран).

Состав и структурно-функциональная организация молекуляр­ных компонентов биомембран. Классификация, состав, структура, физико-химические и динамические свойства, фукции мембран­ных липидов. Особенности липидного состава мембран клеток про­кариот, эукариот и вирусов. Лиотропный и термотропный мезо­морфизм липидов биомембран. Кинки, механизм их образования. Динамическая модель липидного бислоя. Структурная асиммет­рия липидов. Фазовые переходы липидов в мембране. Связь меж­ду фазовым состоянием липидов и функцией мембран.

Классификация, структура, функции и локализация мембран­ных белков. Структурно-функциональная организация мембран­ного каркаса эритроцитарной клетки. Характеристика основных белков эритроцитарной мембраны: спектрина, актина, белка по­лосы 3, гликофоринов и др. Понятие о векторных ферментах биомембран. Структура, функциональные и некоторые физико­химические свойства интегральных мембранных белков на при­мере Na⁺, К⁺-АТФазы и ацетилхолинэстеразы.

Характеристика углеводных компонентов биомембран. Ис­пользование углеводраспознающих белков — лектинов в мемб­ранологии и медицине.

Структура и функции плазматических мембран на примере мембран эритроцитов.

Особенности межмолекулярных взаимодействий в мембранах.

Развитие представлений о структурной организации биомем­бран. Модели биомембран: Даниэлян и Давсона, Робертсона, Зин­гера и Никольсона, Конева и сотр. и др.

Искусственные мембраны, липосомы и протеолипосомы, ме­тоды их получения, строение, свойства, применение в различных областях биологии и медицины. Взаимодействие липосом с клет­ками. Методы модификации природных и искусственных мемб­ран.

Транспорт веществ через мембрану. Проницаемость биомемб­ран. Проницаемость липидных мембран при фазовых превраще­ниях липидов. Проницаемость липидных мембран для воды. Ион­ная проницаемость липосом. Влияние холестерина на ионную проницаемость биомембран. Методы изучения проницаемости. Движущие силы и механизмы процесса переноса вещества через мембрану. Электрохимический потенциал. Активный и пассив­ный транспорт. Термодинамические уравнения и критерии про­цессов пассивного и активного транспорта. Уравнения диффу­зии, проницаемости, константа проницаемости.

Ионный транспорт через селективные каналы. Классифика­ция ионных каналов. Воротные механизмы действия потенциал­зависимых ионных каналов. Структурно-функциональная орга­низация ионных каналов мембран (потенциалзависимые калие­вые, натриевые, кальциевые каналы). Молекулярные- основы функционирования систем первично-активного и вторично-ак- тйВного транспорта. Структура, функциональные и физикохи­мические свойства Na⁺, К⁺- АТФазы и Са²⁺-АТФазы. АТР как регулятор активного транспорта ионов Na и К. Механизм сопря­жения гидролиза АТР и Са²⁺-насоса. Липидный контроль за меж­субъединичными взаимодействиями в олигомерных ансамблях транспортных АТФаз.

Индуцированный ионный транспорт. Подвижные переносчи­ки (ионофоры). Использование ионофоров в исследованиях мем­бран и медицине.

Медицинские аспекты мембранологии. Свободнорадикальное пероксидное окисление липидов мембран в норме и при патоло­гических процессах. Активные формы кислорода, механизм их образования, свойства, пути утилизации, роль в регулировании метаболических процессов в биосистемах. Антиоксиданты, их классификация, локализация, свойства, механизм биологического действия. Понятие о прооксидантах и окислительном стрессе.

Редокс-регуляция — один из механизмов регулирования метабо­лических процессов.

Участие компонентов биомембран в осуществлении и регули­ровании метаболических процессов в клетке. Общая характери­стика процессов передачи информации в клетке. Понятие о пер­вичных и вторичных мессенджерах. Классификация, особеннос­ти структурно-функциональной организации мембранных бел­ков-рецепторов. Характеристика аденилатциклазного и фосфо­инозитидного пути передачи сигнала в клетку. Роль ионов в осу­ществлении метаболических процессов с участием мембран. Ад­сорбционный тип регуляции метаболизма. Понятие о метаболо- не, физиологическое значение его образования. Пространствен­но-структурная организация ферментных систем клетки (на при­мере гликолитического комплекса и цикла Кребса). Эксперимен­тальные исследования взаимодействия ферментов гликолиза с различными структурными компонентами клетки. Модели струк­туры гликолитического комплекса в скелетных мышцах и на внутренней поверхности мембран эритроцитов. Эстафетный ме­ханизм работы ферментов в клетке. Механизмы регулирования функциональной активности векторных ферментов биомембран. Пути нейрогуморально# регуляции функций клеток.

Энергосопрягающие мембраны: определение, классификация, особенности строения и функционирования. Сопрягающие фак­торы, сопрягающие ионы.

Структурно-функциональные модификации молекулярных компонентов биомембран под воздействием физико-химических агентов (ионизирующего и УФ-излучения). Роль пероксидного фотоокисления липидов в фотоповреждении биомембран. Осо­бенности фотохимических превращений мембранных белков (фер­ментов). Феномен фотохимической аллотопии. Понятие о фото­сенсибилизаторах. Фотореакции типа I и II. Фотосенсибилизи­рованное окисление белковых молекул с участием синглетного кислорода.