Біологічні мембрани, їх властивості та функції

Будова біологічних мембран. Однією з основних особливостей всіх еукаріотів є достаток і складність будови внутрішніх мембран. Мембрани відмежовують цитоплазму від навколишнього середовища, а також формують оболонки ядер, мітохондрій та пластид. Вони утворюють лабіринт ендоплазматичного ретикулуму та сплощених бульбашок у вигляді стоси, що становлять комплекс Гольджі. Мембрани утворюють лізосоми, великі та дрібні вакуолі рослинних та грибних клітин, пульсуючі вакуолі найпростіших. Всі ці структури є компонентами (відсіками), призначеними для тих чи інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливе.

Плазматична мембрана,абоплазмалема,- найбільш постійна, основна, універсальна для всіх клітин мембрана. Вона є найтоншою (близько 10 нм) плівкою, що покриває всю клітину. Плазмалемма складається з молекул білків та фосфоліпідів (рис. 1.6).

Молекули фосфоліпідів розташовані у два ряди — гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними головками до внутрішнього та зовнішнього водного середовища. В окремих місцях бислой (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки). Усередині таких білкових молекул є канали — пори, якими проходять водорозчинні речовини. Інші білкові молекули пронизують бислой ліпідів наполовину з одного або з іншого боку (напівінтегральні білки). На поверхні мембран еукаріотів є периферичні білки. Молекули ліпідів та білків утримуються завдяки гідрофільно-гідрофобним взаємодіям.

Мал.1.6. Схема будови мембрани: а-тривимірна модель; б - площинне зображення; 1 - білки, що примикають до ліпідного шару (А), занурені внього (Б) або пронизують його наскрізь (В); 2-шари молекул ліпідів;3-глікопротеїни; 4-гліколіпіди; 5-гідрофільний канал, що функціонує як пора.

До складу плазматичної мембрани еукаріотів входять також полісахариди. Їхні короткі, сильно розгалужені молекули ковалентно пов'язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). Зміст полісахаридів у мембранах становить 2-10% по масі. Полисахаридний шар товщиною 10-20 нм, що покриває зверху плазмалему тварин клітин, отримав назвуглікоколікс.

Властивості та функції мембран.Усі клітинні мембрани являють собою рухливі текучі структури, оскільки молекули ліпідів і білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками і здатні досить швидко переміщатися в площині мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, тобто мають плинність.

Мембрани – структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після пошкодження, а також розтягуються та стискаються при клітинних рухах.

Мембрани різних типів клітин істотно розрізняються як за хімічним складом, так і щодо відносного вмісту в них білків, глікопротеїнів, ліпідів, а отже, і характером наявних у них рецепторів. Кожен тип клітин тому характеризується індивідуальністю, яка визначається в основномуглікопротеїни. Наприклад, яйцеклітина та сперматозоїд впізнають один одного за глікопротеїнами клітинної поверхні, які підходять один до одного як окремі елементи цільної структури. Таке взаємне впізнаннянеобхідний етап, що передує заплідненню.

Подібне явище спостерігається у процесі диференціювання тканин. В цьому випадку подібні за будовою клітини за допомогою ділянок плазмалеми, що розпізнають, правильно орієнтуються відносно один одного, забезпечуючи тим самим їх зчеплення і утворення тканин. З розпізнаванням пов'язана ірегуляція транспортумолекул та іонів через мембрану, а також імунологічна відповідь, в якій глікопротеїни відіграють роль антигенів. Цукру, таким чином, можуть функціонувати як інформаційні молекули (подібно до білків і нуклеїнових кислот). У мембранах містяться специфічні рецептори, переносники електронів, перетворювачі енергії, ферментні білки. Білки беруть участь у забезпеченні транспорту певних молекул всередину клітини або з неї, здійснюють структурний зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або служать як рецептори для отримання і перетворення хімічних сигналів з навколишнього середовища.

Найважливішою властивістю мембрани є такожвиборча проникність.Це означає, що молекули та іони проходять через неї з різною швидкістю, і чим більший розмір молекул, тим менша швидкість проходження їх через мембрану. Ця властивість визначає плазматичну мембрану як осмотичний бар'єр. Максимальної проникаючої здатністю володіє вода і розчинені в ній гази; значно повільніше проходять крізь мембрану іони. Дифузія води через мембрану називається осмосом.

Існує кілька механізмів транспортування речовин через мембрану.

При полегшеній дифузіїспеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язуються з тим чи іншим іоном або молекулою і переносять їх через мембрану за градієнтом концентрації.

Активний транспортпов'язаний звитратами енергії та служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації.Вінздійснюється спеціальними білками-переносниками, що утворюють так званііонні насоси.Найбільш вивченим є Na - / К - -насос у клітинах тварин, що активно викачують іони Na + назовні, поглинаючи при цьому іони К-. Завдяки цьому в клітині підтримується більша концентрація К - і менша Na + в порівнянні з навколишнім середовищем. На цей процес витрачається енергія АТФ.

В результаті активного транспорту за допомогою мембранного насоса в клітині відбувається також регулювання концентрації Mg 2- і Са 2+ .

У процесі активного транспорту іонів у клітину через цитоплазматичну мембрану проникають різні цукри, нуклеотиди, амінокислоти.

Макромолекули білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпопротеїдні комплекси та ін крізь клітинні мембрани не проходять, на відміну від іонів та мономерів. Транспорт макромолекул, їх комплексів та частинок всередину клітини відбувається зовсім іншим шляхом – за допомогою ендоцитозу. При ендоцитозі (всередину) певна ділянка плазмалеми захоплює і як би обволікає позаклітинний матеріал, укладаючи його в мембранну вакуоль, що виникла внаслідок вп'ячування мембрани. Надалі така вакуоль з'єднується з лізосомою, ферменти якої розщеплюють макромолекули до мономерів.

Процес, зворотний ендоцитозу, - екзоцитоз (екзо. - зовні). Завдяки йому клітина виводить внутрішньоклітинні продукти або неперетравлені залишки, укладені у вакуолі чи бульбашки. Пухирець підходить до цитоплазматичної мембрани, зливається з нею, а його вміст виділяється в навколишнє середовище. Гак виводяться травні ферменти, гормони, геміцелюлоза та ін.

Таким чином, біологічні мембрани як основні структурніелементи клітини служать непросто фізичними межами, а є динамічні функціональні поверхні. На мембранах органел здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання речовин, перетворення енергії, синтез АТФ та ін.

Функції біологічних мембраннаступні:

Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища та вміст органел від цитоплазми.
Забезпечують транспорт речовин у клітину та з неї, з цитоплазми до органел і навпаки.
Виконують роль рецепторів (отримання та перетворення сигналів з навколишнього середовища, впізнавання речовин клітин тощо).
Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
Беруть участь у перетворенні енергії.

Джерело:Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лісов "Посібник з біології для вступників до ВНЗ"