Мембрани біологічні
Мембрани біологічні
Термін «мембрана» (лат. membrana — шкірка, плівка) почали використовувати більше 100 років тому для позначення клітинного кордону, що служить, з одного боку, бар'єром між вмістом клітини та зовнішнім середовищем, а з іншого — напівпроникною перегородкою, через яку можуть проходити вода та деякі речовини. Однак цим функції мембран не вичерпуються, оскільки біологічні мембрани становлять основу структурної організації клітини (іншими словами, багато органелів клітини складаються з мембран, тобто мають мембранну будову). Перша гіпотеза будови клітинної мембрани була висунута Дж. Даніеллі і X. Давсоном в 1935 р. Згідно з цією гіпотезою мембрана є тришаровим «сендвічом», де подвійний шар (бішар) ліпідних молекул укладений між двома шарами білка. У 1950-1960 pp. завдяки широкому використанню електронної мікроскопії були запропоновані уточнені варіанти цієї класичної моделі - В. Стейн та Дж. Даніеллі (1956), Дж. Д. Робертсон (1960) та ін. На підставі отриманих на той час експериментальних даних Дж. Д. Робертсон у 1959 р. припустив, що це мембрани (як плазматичні, оточуючі клітини, і внутрішньоклітинні) побудовані за єдиним принципом, т. е. сформулював гіпотезу елементарної мембрани. На початку 70-х років. накопичилося багато нових фактів, на підставі яких С. Дж. Сінгер та Г. Л. Ніколсон запропонували в 1972 р. нову рідко-мозаїчну модель будови біологічної мембрани, що є в даний час загальновизнаною.
Згідно з цією моделлю основою мембрани є ліпідний бислой (подвійний шар), в якому гідрофобні хвости молекул звернені всередину, а гідрофільні головки — назовні (рис. 1). Ліпідипредставлені фосфоліпідами - похідними гліцерину або сфінгозину. З ліпідним шаром пов'язані білки: вони можуть примикати до ліпідного шару, занурюватися в нього або пронизувати наскрізь. Інтегральні (трансмембранні) білки пронизують мембрану наскрізь і міцно пов'язані з нею; периферичні білки не пронизують мембрану та пов'язані з нею менш міцно. Функції мембранних білків різні: підтримка структури мембран, отримання та перетворення сигналів з навколишнього середовища, транспорт деяких речовин, каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах. Товщина мембрани становить від 6 до 10 нм.
Мал. 1. Клітинна мембрана: 1 - білкова пора, 2 - напівзавантажені молекули білків, 3 - бімолекулярний шар ліпідів, 4 - глікоколікс (глікопротеїдний комплекс - покажчик типу клітин)
1. Плинність. Мембрана не є жорсткою структурою - більшість входять до її складу білків і ліпідів може переміщатися в площині мембрани.
2. Асиметрія. Склад зовнішнього та внутрішнього шарів як білків, так і ліпідів різний. Крім того, плазматичні мембрани тварин клітин зовні мають шар глікопротеїнів (глікоколікс, що виконує сигнальну та рецепторну функції, а також має значення для поєднання клітин у тканині).
3. Полярність. Зовнішня сторона мембрани несе позитивний заряд, а внутрішня негативний.
4. Виборча проникність. Мембрани живих клітин пропускають, крім води, лише певні молекули та іони розчинених речовин. (Використання по відношенню до мембран клітин терміну «напівпроникність» не зовсім
коректно, оскільки це поняття має на увазі те, що мембрана пропускає лише молекули розчинника, затримуючи при цьому всі молекули та іони розчинених речовин.