34. Биологические мембраны. Функции. Строение. Химический состав. Свойства биологических мембран.

34. Биологические мембраны. Функции. Строение. Химический состав. Свойства биологических мембран.

Биологические мембраны. Мембраны ответственны за выполнение многих важнейших функций клетки. Согласованное функционирование мембранных систем — рецепторов, ферментов, транспортных ме­ханизмов помогает поддерживать гомеостаз клетки и в то же время быстро реагировать на изменения внешней среды. В мембранах присутствуют липиды трёх главных типов — фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.

Функции.

Структурная. Клеточная мембрана отделяет клетку от окружающей среды.

Транспортная. Мембрана обеспечивает селективный транспорт веществ, т. е. является высокоизбирательным фильтром, и с ее помощью регулируется поступление внутрь клетки питательных веществ и выход наружу продуктов обмена.

Рецепторная. Интегрированные в плазматическую мембрану рецепторы участвуют в восприятии внешних сигналов, передают информацию в клетку и позволяют ей быстро отвечать на изменения, происходящие в окружающей среде. Мембранные рецепторы также обеспечивают межклеточные контакты и формирование тканей (адгезию).

Метаболическая. Биологические мембраны прямо или косвенно участвуют в процессах метаболических превращений веществ в клетке. мембранных белков и таким образом оказывает регуляторное действие на процессы метаболизма.

Энергопреобразующая. Важнейшей функцией многих биомембран служит превращение одной формы энергии в другую.

Строение. У эукариот выделяют следующие основные группы мембран: плазматическую, ядерную, эндоплазматического ретикулума, митохондрий, хлоропластов, возбудимые мембраны, миелиновые оболочки аксонов, нейронов и др. Несмотря на то что кажцый тип мембран отличается по химическому составу и строению, выполняет специфичекие функции, мембраны имеют общие структурные особенности и построены по единому типу.

Химический состав. Все мембраны, включая плазматическую и внутренние мембраны эукариотических клеток, представляют собой двумерные системы. Это ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе нековалентными взаимодействиями. Относительное число каждого класса молекул для различных мембран существенно варьирует. В состав мембран эукариотических клеток входят также углеводы в форме либо гликопротеинов, либо гликолипидов, составляя 0, 5—10% от общего вещества мембраны. Свободные углеводы в составе биомембран не встречаются. Особенно велика концентрация углеводов на наружной поверхности плазматической мембраны. Полагают, что углеводы клеточной поверхности участвуют в процессе межклеточного узнавания, связывании сигнальной молекулы (гормон, нейромедиатор) с мембранным белком — рецептором. Кроме того, в состав мембран входят вода, неорганические соли и некоторые минорные компоненты, например РНК (до 0, 1%).

Свойства биологических мембран. Замкнутость мембран. В процессе самосборки липидные бислои замыкаются сами на себя, что приводит к устранению свободных краев, на которых гидрофобные хвосты могли бы соприкасаться с водой. Это приводит к образованию закрытых отсеков в клетке (компартментов).

Асимметричность мембран. По химическому составу наружная поверхность мембран отличается от внутренней. Например, в мембране эритроцитов фосфатидилхолин и сфингомиелин находятся во внешней половине бислоя, а фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин — во внутренней. В свою очередь, асимметрия полярных головок приводит также к асимметрии распределения углеводородных хвостов, так как хвосты жирных кислот фосфатидилхолина и сфингомиелина более насыщенные, чем фосфатидилэтаноламина и фосфатидилсерина. Следовательно, текучесть внутреннего монослоя будет несколько больше, чем наружного. Наиболее асимметрично распределены в плазматической мембране гликолипиды и гликопротеины. Углеводные части гликолипидов и гликопротеинов выходят на наружную поверхность, иногда образуя сплошное покрытие на поверхности клетки — гликокаликс.

 Динамичность мембран. Отдельные молекулы мембранных липидов и белков способны свободно перемещаться в мембране, т. е. они сохраняют способность к диффузии. Так, молекулы липидов с высокой скоростью перемещаются в плоскости мембраны (латеральная диффузия). Они легко меняются местами со своими соседями в пределах одного монослоя примерно 10 раз в секунду.

Избирательная проницаемость мембран. Это свойство обеспечивает регуляцию транспорта в клетку необходимых молекул, а также удаления из клетки продуктов метаболизма, т. е. активный обмен клетки и ее органелл с окружающей средой. Избирательный транспорт необходим также для поддержания трансмембранного градиента ионов, служит основой всех биоэнергетических механизмов, определяет эффективность процессов рецепции, передачи нервного возбуждения и т. п.