6)Функции Мембраны
барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисомзащищает цитоплазму от опасных для клеткипероксидов.Избирательная проницаемостьозначает, что проницаемость мембраны для различныхатомовилимолекулзависит от их размеров,электрического зарядаи химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.
транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pHи концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов. Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидныйбислой(например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускаетгидрофильныевещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путемэндоцитоза. Припассивном транспортевещества пересекают липидныйбислойбез затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённаядиффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.Активный транспорттребует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числеАТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионыкалия(K+) и выкачивают из неё ионынатрия(Na+).
матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных —межклеточное вещество.
энергетическая — при фотосинтезевхлоропластахиклеточном дыханиивмитохондрияхв их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;
рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами(молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). Например,гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.
ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраныэпителиальных клетоккишечника содержат пищеварительные ферменты.
осуществление генерации и проведения биопотенциалов. С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерациюнервного импульса.
маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Этогликопротеины(то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяетиммунной системераспознавать чужеродные антигены
7) Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрациииз области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например,диффузия,осмос). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации.Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят).Простая диффузия-По пути простой диффузии частицы вещества перемещаются сквозь липидный бислой. Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобныевещества (O2,N2,бензол) и полярные маленькие молекулы (CO2, H2O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).
8) Активный транспорт— перенос вещества черезклеточнуюили внутриклеточнуюмембрану(трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий противградиента концентрациииз области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связейАТФ.
Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом— транспортом другого вещества, движение которого по градиенту концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.
9) эндоцитоз (англ. endocytosis) — процесс поглощения веществ клетками путем втягивания (инвагинации) участка клеточной мембраны и образования в цитоплазме мембранного пузырька (эндосомы) с внеклеточным содержимым. Обратный процесс называется экзоцитозом.
Описание
С помощью эндоцитоза клетка утилизирует отработанные поверхностные рецепторы, импортирует необходимые макромолекулы, а также захватывает бактерии, вирусы и другие чужеродные агенты в процессе иммунной защиты. Вещества, предназначенные для деградации, направляются в лизосомы. Различают несколько механизмов эндоцитоза: фагоцитоз (рецептор-опосредованный захват крупных частиц, таких, как бактерии и мертвые клетки), макропиноцитоз (образование больших внутриклеточных пузырьков с внешним материалом), кавеолярный путь (захват вещества путем образования маленьких пузырьков размером 50–100 нм), рецептор-опосредованный эндоцитоз (см. рис.).
Эндоцитоз является основным механизмом поступления в клетку нанолекарств и терапевтических генов. С одной стороны, он может быть использован для направленной доставки наночастиц в клетки, с другой, — может опосредовать побочные эффекты. Например, функционализация углеродных нанотрубок фосфатидилсерином (липидом, являющимся фагоцитарным сигналом для макрофагов) позволяет направить трубки в макрофаги по фагоцитарному механизму, а коньюгация магнитных наночастиц с антителами к онкомаркерам направляет частицы в раковые клетки по рецептор-опосредованному эндоцитозу. Токсические эффекты наночастиц, например, полупроводниковых квантовых точек, используемых для in vivo диагностики, напрямую коррелируют с уровнем их интернализации клетками, которая также опосредована эндоцитозом.