Глава 2. Биологические мембраны

Биофизика биологических мембран – важнейший раздел биофизики клетки, имеющий большое значение для медицины и фармации. На биомембранах протекают важнейшие жизненные процессы. Многие патологии связаны с нарушениями в биологических мембранах. Лечебные воздействия во многих случаях связаны с воздействиями на биомембраны.

2.1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ БИОМЕМБРАН

Живая клетка – элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию, воспроизведению – «квант жизни» – основа строения всех животных и растений.

Важнейшее условие существования клетки ( и клеточных органелл), да и вообще всех живых систем на всех уровнях их организации является сочетание:

1)автономности, отделения от окружающей среды

и

2)связи с окружающей средой, обеспечивающей обмен веществом, энергией, информацией между живой системой и окружающей средой.

Поэтому ни клетка, ни клеточные органеллы не могли бы существовать без биологических мембран.

Важнейшие функции биомембран:

1. барьерная,

2. матричная,

3. механическая.

1.Барьерная функция биологических мембран обеспечивает транспорт веществ из клетки и в клетку:

а) селективный-избирательный,

б) регулируемый,

а также

в) активный

и

г) пассивный.

а) Избирательный транспорт, например, хорошая проницаемость биомембран для воды и плохая для ионов даёт возможность создать во внутриклеточной среде повышенную по отношению к внеклеточной жидкости концентрацию ионов калия и пониженную концентрацию натрия, что играет огромную роль в жизненных процессах. Кстати, это является подтверждением того, что жизнь, возникла на нашей планете, когда вся её поверхность была покрыта морской водой ( около четырёх с половиной миллиардов лет тому назад). Первые возникшие тогда клетки, чтобы отличаться по химическому составу от окружающей среды, создали в своей цитоплазме пониженное по сравнению с морской водой содержание натрия и повышенное калия. А вот межклеточная жидкость в живых организмах осталась близка по своему химическому составу к морской воде. Как говорят:

• Море внутри нас!

б) Регулируемый транспорт обеспечивает изменение проницаемости биологической мембраны для тех или иных веществ в зависимости от физиологического состояния клетки. Например, при возбуждении клетки возбудимой ткани на короткое время резко увеличивается проницаемость мембраны для ионов натрия, а для возвращения клетки в невозбуждённое состояние возрастает проницаемость для ионов калия.

в) Пассивный транспорт – перенос вещества из мест с большей в места с меньшей его концентрацией. Например, пассивный транспорт натрия в клетку из межклеточной среды обеспечивает возбуждение клетки, а затем пассивный транспорт калия из клетки возвращает её в невозбуждённое состояние.

б) Активный транспорт – транспорт вещества из мест с его меньшей в места с большей концентрацией. Например, в процессах активного транспорта клетка закачивает в себя калий из внеклеточной жидкости и выкачивает наружу натрий.

2 .Матричная функция биологических мембран обеспечивает определённое расположение и ориентацию мембранных белков ( в том числе, мембранных белков –ферментов).

3. Механическая функция биологических мембран обеспечивает механическую прочность , автономность по отношению к окружающей среде клеток и внутриклеточных структур.

Кроме этих основных функций биологические мембраны выполняют множество других важных функций в живом организме. К ним относится рецепторная функция, энергетическая ( синтез и гидролиз аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ на внутренней мембране митохондрий), генерация и проведение нервного импульса и многие другие.

Огромная роль мембран в жизненных процессах связана с их относительно большой совокупной площадью. Так, общая площадь всех биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров.

Многие болезни связаны с нарушением нормального функционирования мембран: канцерогенез, атеросклероз, нарушение диеты, вирусные и инфекционные заболевания, отравления, поражения организма ультрафиолетовым и ионизирующим облучением и многие другие. Лечение часто связано с воздействием на мембраны с целью нормализовать их функции.