1 Дәріс. Биологиялық мембранының құрылысы және оның қызметі. Жасанды биологиялық мембрана. Лекция жоспары

1. Биологиялық физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы.

2. Биологиялық мембрананың (БМ) қызметі.

3. Мембрананың құрылысы.

4. БМ липидтер мен ақуыздардың түрлері.

5. БМ фазалық ауысу.

6. Жасанды БМ.

Лекция мақсаты: биологиялық физика ғылымының зерттеу объектісін, оның басқа ғылымдармен өзара байланысын, мембрананың құрылысын, ондағы липидтердің, ақуыздардың түрлері мен қозғалу ерекшеліктерін және жасанды липосомды қарастыру.

§ 1 Биологиялық физика пәні туралы.

Бізді қоршаған материалдық дүниедегі барлық құбылыстар мен өзгерістер өзара тығыз байланыста екендігі белгілі. Соның бірі айғағы ретінде биология ғылымының биологиялық жүйелердегі құбылыстарды танып білуде дәл ғылымдардың заңдылықтары мен ондағы түсініктерді қолдану арқылы ғана одан ары дамитындығына көз жеткізді. Осындай себептерден биология және физика ғылымдарының түйісінде биофизика атты жаңа ғылыми бағыт пайда болды.

Биологиялық физика биологиялық жүйені субмолекулалық, молекулалық, жасушалық, ұлпалық, мүшелік және ағзалық деңгейлердегі дамуын физика- химиялық тұрғыдан зерттейтін ғылым. Биофизика термині алғаш рет 1892 жылы Карл Пирсонның «Ғылым грамматикасы» атты ғылыми еңбегінде «...биологиялық фактілер- морфология, эмбриология және физиология физикалық заңдылықтардың дербес бір көрінісі, сондықтан оның этиологиясы...» деп жазды. Кейін А.Фик және немістің басқа да ғалымдары бұл саланы «Медициналық физика» деп атаған.

1961 жылғы І-Дүниежүзілік биофизиктердің халықаралық конгресінде биофизика өз алдына жеке ғылым ретінде танылды. Осы конгрестің шешіміне сәйкес биофизика – молекулалық биофизика, жасуша биофизикасы, күрделі жүйелер биофизикасы деген бөлімдерден тұрады.

1.Молекулалық биофизика бөлімі- биологиялық макромолекулалар (ақуыздарды, нуклейн қышқылдарын т.б.) мен молекулалық деңгейдегі биологиялық жүйелердің құрлысы мен физикалық қасиеттерін зерттейді. Биофизиканың бұл бөлімінің пайда болуына Л.Полингтың ақуыздың кеңістіктік құрылымын мен Ф.Криктің «өмір спиралы»ДНК анықтауы үлкен себеп болды. Сонымен қатар молекулалық биофизика молекулалық деңгейде энергияның түрленуі мен миграциясын да қарастырады.

2. Жасуша биофизикасы- жасауша мен оның органелдерінің құрылымын, ондағы физика-химиялық үрдістерді, биопотенциалдың пайда болу механизмін, жасуша арқылы заттарды тасымалдауды, жасуша термодинамикасын зерттейді. Биофизиканың бұл бөлімінің дамуына Бернштейннің, А.Ходжкинның, Хакслидың және т.б. ғалымдардың қосқан үлестері орасан зор.

3. Күрделі жүйелердің биофизикасы. Биофизиканың бұл бөлімі молекулалық деңгейден бастап жасушаға дейінгі деңгейдегі биологиялық жүйедегі өз ара байланыстарды зерттеумен және оны моделдеумен айналысады.

4. Мүшелердің сезім биофизикасы. Бұл бөлім көру, есту, сезу секілді тірі биологиялық құрылымдағы құбылыстарды зерттеумен, сыртқы тітіркендіргіштердің әсерінен тірі объектінің сезу мүшелерінде, рецепторларда пайда болатын энергияның электр сигналына айналу механизмін қарстырады.

Биофизика бұл аталған бөлімдерімен қатар адам ағзасынатүрлі физиалық факторлардың –шудың, механикалық тербелістің, электр тогы мен электромагниттік өрістің, иондаушы сәулелердің және т.б. әсерлерін де зерттеумен айналысады.

Қазіпгі кезеңде биофизика жеке ғылым ретінде физиология, биология, химия, физика, математика, компьютерлік технология, нанотехнология және т.б. ғылыми бағыттардағы ғылыми жаңалықтарды қолдана отырып және солармен бірге даму үстінде, бұл өз аралық байланыс 1- суреттегі сызбада (схемада) бейнеленген.

1- сурет

Әрине, бұл схемада қазіргі замаңғы ғылыми бағыттардың барлығы ескерілді деп айтуға болмас, бірақ биофизиканың негізгі жаратылыстану ғылымдарымен өз ара байланысы көрсетілді.

Медициналық биофизика медицина және фармация ғылымдарымен бірлесе отырып мынадай мәселелерді зерттеумен айналысады:

-Азға күйін диагностикалауда жаңа физикалық әдістерді қарастыру және негіздеу (электрография, хемилюминеенция, ЭПР, ЯМР, спектроскопия т.б.).

- Тірі ағзаға сыртқы ортадағы физикалық факторларының зиянды әсер ету механизімін зерттеу (механикалық діріл, салмақсыздық, радиосәулелер т.б.)

Биофизикалық зерттеулерде физикалық, физика-хиимиялық әдістер кеңінен қолданылады. Оларға:

-рентген сәулесінің дифракциялық кескіні арқылы зат құрылысын анықтауға арналған рентгендік құрылымдық талдау әдісі;

- электрон ағынын пайдаланып зат құрылысын көруді қамтамасыз ететін электрондық микроскопты қолдану;

- зертелінетін заттардың түрлі сәулелерді жұты мен шығаруына негізделген спектроскопия әдісі.

- зертелінетін заттардың радиодиапазондағы электромагниттік толқындарды таңдамалы түрде жұтуына негізделген ЭМР және ЯПР радиоспектроскопиялық әдістер

Қазіргі заманда іргелес ғылымдардың бір- бірін қолдап, сол арқылы одан ары дамуы кең түрде байқалуда, бұл ретте биофизиканы физиканың, химияның және биологияның яғни іргелес үш ғылымның жиынтығы деп қарастырған дұрыс.