Биологические мембраны

Биологические мембраны

Строение биологических мембран. Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды|среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндоплазматического ретикулума и уплощённых пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Всё|Все эти структуры представляют собой компоненты (отсеки|отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) плёнку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов.

Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки|белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры|поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки|белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки|белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.

Схема строения мембраны: атрёхмерная модель; б — плоскостное изображение; 1 — белки|белки, примыкающие к липидному слою|слою (А), погружённые в него (Б) или пронизывающие его насквозь (В); 2слои молекул липидов; 3гликопротеины; 4гликолипиды; 5гидрофильный канал, функционирующий как пора|пора.

В состав плазматической мембраны эукариотических клеток входят также полисахариды. Их короткие, сильно разветвлённые молекулы ковалентно связаны с белками|белками, образуя гликопротеины, или с липидами (гликолипиды). Содержание полисахаридов в мембранах составляет 2-—10% по массе. Полисахаридный слой толщиной 10—20 нм, покрывающий сверху плазмалемму животных клеток, получил название гликокаликс.

Свойства и функции мембран. Всё|Все клеточные мембраны представляют собой подвижные|подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью.

Мембраны — структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвлённые цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознавании факторов внешней среды|среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают|узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят друг к другу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание — необходимый этап, предшествующий оплодотворению.

Подобное явление наблюдается в процессе дифференцировки тканей. В этом случае сходные по строению клетки с помощью распознающих участков плазмалеммы правильно ориентируются относительно друг друга, обеспечивая тем самым их сцепление и образование тканей. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара|Сахара|Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам|белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки|белки. Белки|Белки участвуют в обеспечении транспорта определённых молекул внутрь клетки или из неё, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды|среды.

Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через неё с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные|растворённые в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды|воды через мембрану называется осмосом.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Диффузия —проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации {из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Диффузный транспорт веществ (воды|воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры|поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).

При облегчённой диффузии специальные мембранные белки|белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.

Активный транспорт сопряжён с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками|белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na-/ К—насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу, поглощая при этом ионы К-. Благодаря этому в клетке поддерживается большая|большая концентрация К- и меньшая|меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.

В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg2-и Са2+.

В процессе активного транспорта ионов в клетку через цитоплазматическую мембрану проникают различные сахара|сахара|сахара, нуклеотиды, аминокислоты|аминокислоты.

Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путём — посредством эндоцитоза. При эндоцитозе {эндо… — внутрь) определённый участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо… — наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключённые в вакуоли или пузырьки. Пузырёк подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду|среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие:

  • Отграничивают содержимое клетки от внешней среды|среды и содержимое органелл от цитоплазмы.
  • Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из неё, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.
  • Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды|среды, узнавание веществ клеток и т. д.).
  • Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).
  • Участвуют в преобразовании энергии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector