Вопрос №35

Клеточные мембраны (плазматические мембраны)

• отделяют клеточное содержимое от внешней среды,

• регулируют обмен между клеткой и средой

• делят клетку на компартменты, предназначенные для тех или иных метаболических путей, например, для фотосинтеза или аэробного дыхания. Некоторые химические реакции протекают в самих мембранах.

• На мембранах располагаются рецепторные участки для распознавания гормонов, нейромедиаторов или других химических веществ, поступающих извне.

• обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны активно регулируют этот процесс – одни вещества пропускают, а другие нет.

Строение биомембран

Все биомембраны состоят из двух слоев липидных молекул (бислой) толщиной около 6 нм, в которые встроены белки. Некоторые мембраны содержат углеводы. Соотношение липиды : белки : углеводы является характерным для клетки.

Компоненты мембран удерживаются нековалентными связями (гидрофобными взаимодействиями и вандерваальсовыми силами), вследствие чего они обладают лишь относительной подвижностью - текучестью, т. е. могут диффундировать в пределах липидного бислоя. Текучесть мембран зависит от липидного состава и температуры окружающей среды. Если белки не закреплены в мембране, то они «плавают» в липидном бислое как в жидкости. Поэтому говорят, что биомембраны имеют жидкостно-мозаичную структуру.

Переход белков с внешней стороны мембраны на внутреннюю невозможен, а переход липидов происходит крайне редко. Для «перескока» липидов необходимы специальные белки транслокаторы. Исключение составляет холестерин, который может легко переходить с одной стороны мембраны на другую.

Мембранные липиды. В мембранах содержатся липиды трех классов: фосфолипиды, холестерин и гликолипиды.

Фосфолипиды. Молекула Ф. состоит из полярной (гидрофильной) головы (фосфатной группы) и двух неполярных (гидрофобных) углеводородных хвостов (остатков жирных кислот) – это амфифильные молекулы. Полярность означает, что в молекуле неравномерно распределены заряды и это делает её нерастворимой в воде.

Фосфолипидный бислой – основная структура клеточных мембран.

Мембранные белки.

Протеины могут связываться с мембраной различным путем.

Интегральные мембранные белки имеют трансмембранные спирализованные участки (домены), которые однократно или многократно пересекают липидный бислой. Такие белки прочно связаны с липидным окружением.

Периферические мембранные белки удерживаются на мембране с помощью липидного «якоря» и связаны с другими компонентами мембраны.

Чем выше метаболическая активность мембраны, тем больше в ней обнаруживают белковых частиц.

Функции биомембран

Все мембраны полярны, т.е. существует различие в составах внутреннего и внешнего по отношению к цитоплазме слоев.

Биомембраны и их составляющие выполняют следующие функции:

1. Ограничение и обособление клеток и органелл. Обособление клеток от межклеточной среды обеспечивается плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней средой.

2. Контролируемый транспорт метаболитов и ионов определяет внутреннюю среду. Регулируемый и избирательный транспорт метаболитов и неорганических ионов через поры и посредством переносчиков становится возможным благодаря обособлению клеток и органелл с помощью мембранных систем.

3. Восприятие внеклеточных сигналов и их передача внутрь клетки, а также инициация сигналов. У всех белковых молекул весьма специфическая конформация, что делает их идеальными рецепторами.

4. Ферментативный катализ. В мембранах на границе между липидной и водной фазами локализованы ферменты. Именно здесь происходят реакции с неполярными субстратами.

6. Перенос энергии. В мембранах локализованы наиболее важные реакции энергетического обмена, такие, как окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь) и фотосинтез.

5. Контактное взаимодействие с межклеточным матриксом и взаимодействие с другими клетками при слиянии клеток и образовании тканей. Обеспечивается гликолипидами и гликопротеинами, т.к. их олигосахаридные цепи служат рецепторами для химических сигналов.

6. Заякоривание цитоскелета, обеспечивающее поддержание формы клеток и органелл и клеточной подвижности.