Современные представления о строении и свойствах клеточных мембран

Поверхностная мембрана клетки ограничивает цитоплазму клетки и поэтому называется цитоплазматической. Её толщина колеблется от 6 до 12 нм, поэтому она не видна в оптический, но видна в электронный микроскоп. Характерным структурным признаком мембран является то, что они образуют замкнутые пространства, и это позволяет им выполнять весьма важные функции. По этому признаку цитоплазматическая мембрана клетки отличается от оболочки клетки (например, от сарколеммы или шванновской оболочки безмякотного нерва).

Строение мембран.

Существует несколько моделей мембран, среди которых наибольшее распространение получила жидкостно-мозаичная модель (Singer, Nicolson, 1972). Согласно этой модели, мембрана состоит из бислоя фосфолипидов, которые составляют матрикс мембраны. Молекулы этих липидов являются амфипатическими соединениями (amphi, гр. — двоякий), т.е. состоят из двух функционально различных частей - полярной головки (глико- и фосфолипиды) и неполярного гидрофобного хвоста (жирные кислоты). Двойной слой образуется из 2-х монослоёв так, что гидрофобные хвосты направлены внутрь (при этом обеспечивается наименьший контакт гидрофобных хвостов с водной фазой). Липиды составляют 40-50%, белки - 50-60% структуры мембран. На внешней поверхности мембраны имеется слой мукополисахаридов, который называется гликокаликсом. В фосфолипидном слое плавают более или менее погруженные белки, представленные по данным микроскопического исследования тремя разновидностями: периферическими, полуинтегральными и интегральными. Именно за счёт белков полностью или частично осуществляются специфические функции мембран.

Периферические белки располагаются на поверхности мембраны. Их молекулы связаны с полярными головками молекул липидов электростатическими силами.

Полуинтегральные белки полупогружены в липидный слой мембраны своим гидрофобным полюсом, который взаимодействует с гидрофобной частью липидных молекул.

Интегральные белки проходят через всю толщу мембраны. Их гидрофобная часть находится в середине молекулы и соответствует гидрофобной зоне липидов.

С физиологической точки зрения белки всех клеток можно разделить на 5

классов: насосы, каналы, рецепторы, ферменты и структурныебелки.

В связи с тем, что мембранные липиды находятся в жидком состоянии, белки способны менять свою степень погружения в липидном слое

и свободно перемещаться в плоскости мембраны путём диффузии.

Различают латеральную диффузию белков (перемещение вдоль плоскости мембран) и более редкое перемещение белков поперёк мембраны («флип-флоп» перемещение). Однако в некоторых случаях белки (интегральные) жёстко закреплены в мембране с помощью вспомогательных структур.

Функции мембран.

1. Барьерная функция - это защита клетки от нежелательных веществ. Благодаря различной проницаемости мембраны и неравенству концентраций ионов внутри и вне клетки возникает статическая поляризация мембраны и потенциал покоя. Мембраны возбудимых клеток, благодаря изменению проницаемости при раздражении, генерируют потенциал действия.

2. Матричная функция. Мембраны являются основой для удерживания белков.

3. Регуляторная функция - это регуляция внутриклеточных процессов по механизму восприятия белками-рецепторами сигналов от первичных мессенджеров (messenger, англ. - посредник) и запуск механизма вторичных мессенджеров. К первичным мессенджерам относятся гормоны, медиаторы, биологически активные вещества; к вторичным - цАМФ, цГМФ, Са⁺⁺-кальмодулин, оксид азота.

4. Трансформация раздражений неэлектрического характера в электрические сигналы. Этой функцией обладают мембраны рецепторов.

5. Выделение медиаторов. Этой функцией обладают мембраны пресинаптических структур.