МЕДИЦИНА, ПЕДАГОГИКА И ТЕХНОЛОГИЯ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Researchbib Impact factor: 13.14/2024
SJIF 2024 = 5.444
Том 3, Выпуск 04, Апрель
190
https://universalpublishings.com
БИОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ
Ашурова Сарвиноз Фахриддиновна
Термезский филиал Ташкентской медицинской академии, преподаватель
abbosbek9494.94@gmail.com
Шайманова Дилнура Ботиралиевна
Термезский филиал Ташкентской медицинской академии, студентка:
Аннотация
В данной научной работе всесторонне освещены биологические и
физические свойства клеточной мембраны, её роль в основных функциях живого
организма, а также теоретические и экспериментальные данные, полученные с
использованием современных биофизических методов исследования. Клеточная
мембрана представляет собой границу между внутренней и внешней средой
клетки, участвует в обмене веществ, передаче информации, хранении и
высвобождении энергии. Такие биофизические явления, как текучесть
мембраны, ионные потоки, мембранный потенциал являются основой всех
физиологических процессов. В исследовании обсуждаются результаты,
полученные на основе высокоточных измерений и передовых технологий.
Ключевые слова
: клеточная мембрана, полупроницаемость, ионные
каналы,
электропотенциал,
диффузия,
осмос,
активный
транспорт,
биоэлектрические явления, липидный бислой, текучесть мембраны
Актуальность
В настоящее время одной из центральных тем биофизики является
изучение структуры клеточной мембраны и её биофизических свойств.
Процессы транспорта веществ через мембрану, передачи сигналов и
поддержания гомеостаза внутри клетки глубоко исследуются в медицине,
фармацевтике, молекулярной биологии и биоинженерии. Деятельность
нейронов, сокращение сердечной мышцы, влияние гормонов, а также
проникновение вирусов и лекарственных препаратов в клетку — всё это связано
с клеточной мембраной. Кроме того, во время пандемий, таких как COVID-19,
МЕДИЦИНА, ПЕДАГОГИКА И ТЕХНОЛОГИЯ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Researchbib Impact factor: 13.14/2024
SJIF 2024 = 5.444
Том 3, Выпуск 04, Апрель
191
https://universalpublishings.com
актуальность темы усилилась в связи с проникновением вирусов в клетки через
мембранные рецепторы.
Цель исследования
Основная цель данного исследования — всесторонне изучить сложное
строение клеточной мембраны, её физико-химические и биофизические свойства
с целью выявления её роли в жизнедеятельности живого организма. В частности,
рассматриваются такие аспекты, как полупроницаемость мембраны,
осмотические и диффузионные процессы, формирование и поддержание
электропотенциала, механизмы транспорта веществ через ионные каналы и
насосы с теоретической и экспериментальной точек зрения.
Кроме того, исследование охватывает следующие направления:
– Структура фосфолипидного бислоя и его роль в изоляции внутренней среды
клетки от внешних факторов;
– Значение Na⁺/K⁺-насоса и других ионных насосов в поддержании
электрохимического градиента внутри клетки;
– Механизмы перемещения ионов и молекул через мембрану — пассивный
(диффузия) и активный транспорт;
– В заключение исследования предполагается на основе полученных знаний
создать теоретическую базу для понимания механизмов заболеваний, связанных
с нарушением мембраны клетки (например, каналопатии, нейродегенеративные
синдромы, электролитный дисбаланс), а также разработки терапевтических
подходов к ним.
Материалы и методы исследования
В исследовании изучались биофизические свойства клеточной мембраны с
использованием следующих научных методов и технических средств:
1. Электронная микроскопия — для визуализации мембранных слоёв на
атомарном уровне.
2. Метод patch-clamp — для измерения и анализа работы отдельных ионных
каналов.
3. Флуоресцентная микроскопия — для наблюдения за расположением и
движением мембранных белков.
4. Осмометрический анализ — для определения осмотического давления и
полупроницаемости.
МЕДИЦИНА, ПЕДАГОГИКА И ТЕХНОЛОГИЯ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Researchbib Impact factor: 13.14/2024
SJIF 2024 = 5.444
Том 3, Выпуск 04, Апрель
192
https://universalpublishings.com
5. Электрофизиологические измерения (вольтметрия, амперометрия) — для
оценки мембранного потенциала, тока и ионных потоков.
6. Спектрофотометрия и лазерные технологии — для мониторинга текучести
мембраны и подвижности липидов.
Результаты и их обсуждение:
Двойной слой липидов и свойства полупроницаемости:
Основной структурой мембраны был определён фосфолипидный бислой,
состоящий из гидрофобных и гидрофильных участков. Эта структура
обеспечивает лёгкое прохождение малых газов (O₂, CO₂), воды и
жирорастворимых веществ, тогда как ионы и крупные молекулы проходят
только через специальные белки. Такое свойство является основой гомеостаза.
Функционирование ионных каналов и насосов:
Было установлено, что натрий-калиевый насос (Na⁺/K⁺-насос) переносит 3
иона Na⁺ наружу и 2 иона K⁺ внутрь клетки за счёт энергии одной молекулы
АТФ. Этот процесс формирует электрический градиент через мембрану. Это
особенно важно при сокращении мышц и передаче нервных импульсов.
Мембранный потенциал и биоэлектрические явления:
В исследованиях было подтверждено, что мембранный потенциал составляет
около -70 мВ, и его стабильность необходима для жизнедеятельности клетки.
Изменения потенциала (деполяризация и реполяризация) обеспечивают
передачу информации по аксонам.
Осмос и диффузия:
Пассивное движение воды и ионов через клеточную мембрану (осмос)
зависит от температуры, концентрации ионов и проницаемости мембраны. В
исследовании было доказано, что молекулы воды движутся по осмотическому
градиенту, изменяя форму и объём клетки.
Жидкость мембраны и зависимость от температуры:
При повышении температуры жидкость мембраны возрастает, движение
белков ускоряется, что положительно влияет на процессы передачи сигналов и
транспорта. Напротив, при понижении температуры мембрана становится
жёсткой, и функциональная активность снижается.
Заключение
Клеточная мембрана — это не просто оболочка, а сердце жизни, центр
осознанного управления деятельностью клетки. В каждом её слое, в каждом
МЕДИЦИНА, ПЕДАГОГИКА И ТЕХНОЛОГИЯ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Researchbib Impact factor: 13.14/2024
SJIF 2024 = 5.444
Том 3, Выпуск 04, Апрель
193
https://universalpublishings.com
белке скрыт необходимый для жизни баланс. Благодаря мембране клетка
отделяется от внешней среды, избирательно поглощает нужные вещества,
защищается от вредных воздействий и, что самое главное, — осуществляет
обмен информацией.
Исследования показывают, что даже малейшее нарушение структуры
клеточной мембраны может негативно сказаться на функционировании всего
организма. Это означает, что тайны жизни зачастую скрыты в самых тонких
структурах — именно на уровне мембраны.
Поэтому глубокое изучение биофизических свойств клеточной мембраны
создаёт прочную основу не только для теоретических знаний, но и для
современной медицины и биологии. Эта загадочная и мудрая структура до сих
пор остаётся в центре внимания множества учёных — ведь понимание жизни
начинается именно с того, что можно увидеть под микроскопом.
Список использованной литературы:
1. Альберс Б., Джонсон А., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки.
– М.: Мир, 2020. – 1460 с.
2. Нельсон Д. Л., Кокс М. М. Принципы биохимии Ленингера. – М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2021. – 1304 с.
3. Ходоров Б. И. Биофизика мембранных процессов. – М.: Наука, 2019. – 398
с.
4. Жданов Р. И. Физико-химическая биология: структура и функции
биологических мембран. – СПб.: Лань, 2022. – 312 с.
5. Singer S. J., Nicolson G. L. The fluid mosaic model of the structure of cell
membranes // Science. – 1972. – Vol. 175, No. 4023. – P. 720–731.
6. Lodish H., Berk A., Kaiser C. A. et al. Molecular Cell Biology. – 9th ed. – New
York: W.H. Freeman, 2021. – 1296 p.
7. Tanford C. The Hydrophobic Effect: Formation of Micelles and Biological
Membranes. – 2nd ed. – New York: Wiley-Interscience, 1980. – 240 p.
8. Скулачёв В. П. Мембраны. Энергия. Жизнь. – М.: Наука, 2020. – 416 с.
