Мембраны, их структура, свойства и основные функции

Биологические мембраны - это тонкие ( 6-10 нм ) липопротеидные пленки, которые отделяют клетку от внешней среды и обеспечивают осуществление процессов внутри клетки. Биомембранах является одним из основных компонентов клетки, их в своей основе имеют мембранные органеллы, они характерны для ядерной оболочки и с них построена цитоплазматическая мембрана. В составе мембран являются: 1) липиды (около 40%) - фосфолипиды, глицеролипидов, холестерин и др .; 2) белки (около 60%), которые можно группировать по расположению ( поверхностные, периферические, внутренние, интегральные ), биологическим значением [ферментные, рецепторные и структурные ) 3) углеводы в составе гликопротеидов и гликолипидов. Согласно жидкостно-мозаичной модели строения (С. Сингер, Г. Николсон, 1972 г.), Биомембраны - это полупроницаемый билипидный слой со встроенными в него белками. Липидный бислой построен из фосфолипидов, которые являются амфифильных соединений, что и определяет их подвижность, способность самовосстанавливаться и избирательную проницаемость для веществ. В окружении воды фосфолипиды имеют свойство организовываться таким образом: гидрофильные головы направлены наружу и контактируют с водой, а гидрофобные хвосты ориентированы внутрь и контактируют только с хвостиками соседних фосфолипидов. При этом возникает два типа образований: а) мицеллы - небольшие сферические частицы, в которых хвосты фосфолипидов направлены внутрь; б) бимолекулярные слои - это образования, в которых гидрофобные хвосты фосфолипидов расположены между двумя слоями их гидрофильных головок. частным случаем

строение мембраны

строение мембраны

бимолекулярного слоя является липосомы, участвующих в клеточном Пиноцитоз. Липосома - шаровидные образования (около 100 нм в диаметре) что двойной липидный слой. Липосомы полые внутри, которая обычно заполнена растворителем (водой) и может использоваться для доставки различных веществ (например, лекарств) в клетки. Между молекулами фосфолипидов расположены и молекулы холестерина, от которых зависит степень ридинности мембран. Эти молекулы, вместе с молекулами гликолипидов, расположенные в основном извне мембран. Из всех соединений в составе мембран самыми разнообразными являются белки, и именно они отвечают за основные функции мембран. Меньшая часть белков, которые называют периферическими, размещена на поверхности мембран, где выполняет рецепторную и каталитическую функции. Но большее количество белков является интегральным и крепко встроенными в билипидный слой. Они могут быть погруженными в этот слой или проникать через него насквозь. Итак, по составу липидов и белков биологические мембраны асимметричны. Интегральные белки выполняют в основном рецепторную и транспортную функции. Клетка имеет два вида транспортных белков. Первые являются белками-переносчиками, а вторые - формируют ионные каналы. Белки-переносчики - это сложные глобулярные белки, которые на одной поверхности мембраны присоединяют транспортируемую вещество, а на другой она освобождается. Ионные каналы - это пористые образования, состоящие из нескольких белковых субъединиц. Через нее за электрохимическим градиентом проходят ионы.

Основными свойствами мембран являются:

• напивпроникнисть - способность избирательно пропускать в клетку и из нее определенные молекулы и ионы;

• динамичность - способность сливаться друг с другом, растягиваться и сжиматься;

• самосборки - способность к самовосстановлению.

Значение биологических мембран связано с их различными типами: а) цитоплазматические мембраны, или плазмалеммы (липопротеидные пленки, которые покрывают клетки и входящих в их поверхностного аппарата) осуществляют защиту клетки, транспортировки веществ в клетку и из клетки, обмен веществ и энергии и др .; б) внутренние прокариотические мембраны осуществляют процессы бактериального фотосинтеза (фотомембраны), клеточного дыхания (мезосомы), перемещение в водной среде (газовые вакуоли) в) внутренние эукариотические мембраны разделяют внутреннюю среду клетки на отдельные функциональные участки - компартменты, где происходят энергетические преобразования (например, окислительного фосфорилирования на кристах митохондрий), биосинтез соединений (например, на мембранах агранулярного ЭПС синтезируются углеводы и липиды) и др. Общими чертами клеточных мембран являются: а) структурной основой мембраны является двойной слой липидов, в котором размещены белковые молекулы; б) белки и липиды расположены асимметрично в плоскости мембран и обладают подвижностью; в) мембраны меняются в зависимости от функционального состояния; г) образуются гранулярной эндоплазматической сетью или комплексом Гольджи; д) мембраны сочетаются с белками цитоплазмы.

Главной функцией мембран является транспортировка веществ, который обеспечивает обмен веществ между клеткой и средой. Выделяют два типа транспортировки веществ: пассивное и активное. Пассивное траспортування веществ осуществляется в направлении концентрационных градиентов без затрат энергии, а активное - в противоположном направлении, и

требует затрат энергии. Молекулы веществ, участвующих в метаболизме клетки, могут быть полярными и неполярными, поэтому выделяют транспортировки полярных и неполярных молекул. В составе мембран содержатся белковые молекулы, которые осуществляют транспортировку полярных молекул с обеих сторон мембраны. Например, через плазматическую мембрану путем облегченной диффузии внутрь клетки осуществляется перенос таких полярных веществ, как аминокислоты, сахара, нуклеотиды и др. В случае, когда молекула неполярна, направление ее диффузии определяется градиентом концентрации (разницей концентрации по обе стороны плазматической мембраны) - соединение переходит из зоны с повышенной концентрацией в зону с пониженной. В функционировании клетки участвуют малые молекулы и макромолекулы, поэтому ученые могут выделять транспортировки небольших молекул и транспортировки макромолекул. Крупные молекулы и их агрегаты не могут проникать через мембраны, и для их переноса существуют такие виды транспортировки, как экзоцитоз и эндоцитоз. Перенос же малых водорастворимых молекул осуществляется с помощью различных видов пассивного и активного транспорта.

Простая диффузия - движение молекул или ионов по градиенту концентрации, то есть с участка с высокой концентрацией к участку с более низкой концентрацией (например, газообмен в легких и тканях, всасывание в тонком кишечнике). Характеризуется низкой избирательностью мембран к транспортируемых веществ.

"Облегченная" диффузия - диффузия, которая осуществляется с помощью специфических транспортных молекул (например, поступление глюкозы в эритроциты), как правило, в одном направлении.

Осмос - это переход молекул растворителя по градиенту концентрации (например, осмотическое питания у растений).

Натрий-калиевая помпа - это процесс перемещения низкомолекулярных соединений (аминокислот, глюкозы) через мембрану за счет различной концентрации ионов Na + и К + внутри клетки и снаружи, связанный с затратами энергии и осуществляется против градиента концентрации. Эта система является одной из важнейших и самых распространенных транспортных систем в клетках тканей.

Эндоцитоз и экзоцитоз - активные процессы, с помощью которых вещества транспортируются через мембрану или в клетку (эндоцитоз), или из клетки (экзоцитоз). Различают два типа эндоцитоза с образованием специфических пузырьков: фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз - захват и поглощение клетками микроскопических твердых объектов с образованием фагоцитозного пузырьков Явление фагоцитоза открыл И. И. Мечников (1882). В процессе фагоцитоза активная роль принадлежит клеточной мембране, которая

И. И. Мечников (1845-1916)

И. И. Мечников ( 1845-1916 )

обволакивает частицу, что фагоцитируется, и втягивает ее вглубь цитоплазмы с образованием фагосомы. С лизосом клетки к фагосом поступают гидролитические ферменты, которые переваривают поглощенную частицу. Непереваренные остатки могут оставаться в клетке длительное время. Пиноцнтоз - захват и поглощение клетками жидкостей вместе с растворенными в них соединениями с образованием пиноцитозных пузырьков. Явление пиноцитоз открыто американским ученым В. Льюисом в 1931 году. Наиболее активный пиноцитоз наблюдается в амеб, эпителиальных клетках кишечника и почечных канальцев, в эндотелии сосудов и ооцитах, которые растут. Пиноцитоз является одним из важных механизмов проникновения в клетку макромолекул и их агрегатов.

Итак, основными функциями биологических мембран являются: а) барьерно (отделяют внутреннее содержимое клетки) б) транспортная (обеспечение обмена веществ с окружающей средой); в) рецепторная (с помощью рецепторных белков в мембранах клеток-рецепторов происходит восприятие информации, поступающей из среды); г) компартментного (разделение содержимого клетки эукариот на отдельные функциональные участки) д) органелоутворююча (формирование мембранных органелл) е) телефона (установления контактов, что важно для взаимодействия клеток) е) участие в обеспечении иммунитета (например, за счет антигенов в мембранах клеток) ж) регуляция обмена веществ и энергии (за счет поверхностных белков-ферментов) з) взаимопревращения различных форм энергии (например, химической энергии АТФ в механическую энергию жгутиков) и др.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >