Функции клеточной мембраны

В результате того, что клеточная мембрана имеет среду полупроницаемую, то только некоторые виды самых мелких молекул способны проникнуть внутрь и наружу клетки сквозь мембрану. Называется данный процесс – диффузией. Но для того, чтобы такое действие произошло, мембрана должна быть вроде открытых дверей, то есть проницаемой, чтобы маленькая молекула смогла проникнуть сквозь неё. В том случае, когда мембрана непроницаема, маленькая молекула не имеет возможности проникнуть, здесь можно сказать «двери закрыты». Однако следует учесть, что молекула может переместиться только из переполненной области, в более свободную. Например, аминокислота желает пробраться через мембрану к самой клетке, при этом клеточная мембрана открыта для неё, это может произойти в том случае если концентрация аминокислоты за пределами клетки больше, чем в самой клетки. Только при таких условиях произойдёт процесс диффузии.

Следующий процесс, в котором главную роль играет клеточная мембрана - это так называемая помощь при транспортировке. Некоторые маленькие молекулы в мембране которых разместились протеины, способны помочь при пересечении мембраны. Вроде протеинового эскорта сквозь неё. Данный процесс напоминает процесс диффузии, так как протеиновая помощь при пересечении мембраны происходит, когда молекулы переходят из области высокой концентрации, с целью понизить её. Или же просто из области высокой концентрации молекул в область менее загруженную.

Опять же, молекулы способны пересекать клеточную мембрану способом активной транспортировки. Такой вид транспортировки представляет собой переход молекул из области с низкой концентрации в противоположную область с высокой концентрацией. Такой процесс транспортировки, противоположный диффузии и посреднической транспортировки, осуществляется против правил концентрационной направленности. Для того, чтобы такие передвижения осуществлять необходима концентрация энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ- это нуклеотид, который состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. Он является универсальным накопителем и переносчиком химической энергии, известным для всех организмов и клеток. АТФ применяется для некоторых клеточных действий, начиная движениями и заканчивая репродукцией.

5)БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

Все живые клетки отделены от окружающей среды поверхностью называемой клеточной мембраной. Кроме того, для эукариотов характерно образование внутри клеток нескольких компартментов. Они представлены рядом субклеточных органелл, ограниченных мембранами, например, ядро и митохондрии. Мембраны представляют собой не только статически организованные поверхности раздела, но и включают активные биохимические системы, отвечающие за такие процессы, как избирательный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, протекание ферментативных реакций, передача импульсов нервной системы и т.д. Существуют различные типы мембран, отличающиеся по выполняемым функциям. Функции мембран обусловлены их строением.

Функции мембран

Химический состав

Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых варьирует (от 1/5 - белок + 4/5 - липиды до 3/4 - белок + 1/4 – липиды) у разных мембран. Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5-10% вещества мембраны.

Липиды мембран

Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Строение этих липидов представлено на рисунке:

Строение липидов мембран

Липиды мембран имеют в структуре две различные части: неполярный гидрофобный «хвост» и полярную гидрофильную «голову». Такую двойственную природу соединений называют амфифильной. Липиды мембран образуют двухслойную структуру. Каждый слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные «хвосты» молекул находятся в тесном контакте друг с другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия имеют нековалентный характер. Два монослоя ориентируются «хвост к хвосту» так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю неполярную часть и две полярные поверхности. Белки мембран включены в липидный двойной слой двумя способами:

1.связаны с гидрофильной поверхностью липидного бислоя - поверхностные мембранные белки

2.погружены в гидрофобную область бислоя - интегральные мембранные белки.

Поверхностные белки своими гидрофильными радикалами аминокислот связаны нековалентными связями с гидрофильными группами липидного бислоя. Интегральные белки различаются по степени погруженности в гидрофобную часть бислоя. Они могут располагаться по обеим сторонам мембраны и либо частично погружаются в мембрану, либо прошивают мембрану насквозь. Погруженная часть интегральных белков содержит большое количество аминокислот с гидрофобными радикалами, которые обеспечивают гидрофобное взаимодействие с липидами мембран. Гидрофобные взаимодействия поддерживают определенную ориентацию белков в мембране. Гидрофильная выступающая часть белка не может переместиться в гидрофобный слой. Часть мембранных белков ковалентно связаны с моносахаридными остатками или олигосахаридными цепями и представляют собой гликопротеины. Примеры расположения белков и липидов в мембране представлены на рисунке:

Структура плазматической мембраны

Асимметрия мембран

Хотя каждый монослой образован из липидов, ориентированных одинаковым образом, тем не менее, липидный состав монослоев различен. Например, в плазматической мембране эритроцитов фосфатидилхолины преобладают в наружном слое, а фосфатидилсерины во внутреннем слое мембраны. Углеводные части белков и липидов располагаются на наружной части мембраны. Кроме того, поверхности мембраны отличаются по составу белков. Степень такой асимметрии мембран различна у разных типов мембран и может меняться в процессе жизнедеятельности клетки и ее старения. Подвижность (жесткость) и текучесть мембран также зависят от ее состава. Повышенная жесткость обуславливается увеличением соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а также холестерина. Физические свойства мембран зависят от расположения белков в липидном слое. Липиды мембран способны к диффузии в пределах слоя параллельно поверхности мембраны (латеральная диффузия). Белки тоже способны к латеральной диффузии. Поперечная диффузия в мембранах сильно ограничена.