Рецепторные функции мембраны

В качестве рецепторов на поверхности клетки могут выступать белки мембраны или элементы гликокаликса. Чувствительные участки могут быть разбросаны по поверхности клетки или собраны в небольшие зоны.

Различные рецепторы связывают физиологически активные вещества, такие, как разные гормоны и др. Благодаря наличию рецепторов сходные по строению клетки правильно ориентируются относительно друг друга, образуя ткани в процессе эмбриогенеза. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов.

Транспорт веществ через мембрану

Важнейшим свойством мембраны является избирательная проницаемость, молекулы и ионы проходят через нее 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 в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Поэтому если клетку, например эритроцит, поместить в среду, где концентрация солей будет ниже, чем в клетке (гипотонический раствор), то вода снаружи устремится внутрь клетки, что приведет к увеличению объема клетки и к разрыву плазматической мембраны ("гипотонический шок"). Наоборот, при помещении эритроцита в растворы солей более высокой концентрации (гипертонический раствор), чем в клетке, произойдет выход воды из клетки во внешнюю среду. Клетка при этом сморщится, уменьшится в объеме.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Пассивный транспорт не связан с затратами энергии, служит для переноса по градиенту концентрации:

Диффузия – проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации. Диффузный транспорт веществ (воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные каналы (канальный транспорт), либо через бислой липидов (для жирорастворимых веществ).

При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации за счет изменения собственной пространственной структуры.

Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против градиента концентрации. Осуществляется специальными белками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na²⁺-К⁺ насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na²⁺ наружу, поглощая при этом ионы К⁺.

В процессе активного транспорта ионов в клетку через цитоплазматическую мембрану проникают некрупные молекулы органических веществ – сахара, нуклеотиды, аминокислоты.

Эндоцитоз. Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, их транспорт происходит посредством эндоцитоза. При эндоцитозе участок плазмалеммы захватывает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль. В дальнейшем вакуоль соединяется с лизосомой – фаголизосома. Эндоцитоз формально подразделяется на фагоцитоз и пиноцитоз. Сейчас известно, что оба этих процесса протекают очень сходно, и поэтому употребление этих терминов может отражать лишь различия в объемах, массе поглощенных веществ.

Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда даже клеток или их частей) – был впервые описан И.И. Мечниковым. Фагоцитоз встречается у многих свободноживущих клеток и у некоторых клеток животных. Из-за существования плотной наружной оболочки фагоцитоз невозможен для клеток растений и бактерий.

Пиноцитоз – поглощение клеткой воды или водных растворов разных веществ. Имеет широкое распространение, обнаруживается не только у клеток животных, но и у клеток высших растений, низших грибов, простейших и даже у бактерий.

Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу. Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выводятся пищеварительные ферменты, гормоны и др.

Функции биологических мембран:

1. отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы;

2. обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот;

3. выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды, узнавание веществ, клеток и т. д.);

4. плазматическая мембрана принимает участие в межклеточных взаимодействиях у многоклеточных организмов;

5. принимают участие в построении специальных отростков клетки – микроворсинки, реснички, рецепторные выросты и др.