3.Стороение клеточной мембраны , ее основные функции. Механизмы трансмембранного переноса.

Мембрана клетки — эластичная структура, толщиной от 7 до 11 нм (рис.1.1). Она состоит, в основном, из липидоа и белков. От 40 до 90% всех липидов составляют фосфолипиды — фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, сфингомиелин и фосфатидилинозит. Важным компонентом мембраны являются гликолипиды, представленные цереброзидами, сульфатидами, ганглиозидами и холестерином. Основной структурой мембраны клетки является двойной слой фосфолипидных молекул. За счет гидрофобных взаимодействий углеводные цепочки липидных молекул удерживаются друг возле друга в вытянутом состоянии. Группы же фосфолипидных молекул обоих слоев взаимо действуют с белковыми молекулами, погруженными в липидную мембрану. Благодаря тому, что большинство липидных компонентов бислоя находится в жидком состоянии, мембрана обладает подвижностью, совершает волнообразные движения. Ее участки, а также белки, погруженные в липидный бислой, перемешаются из одной ее части в другую. Подвижность (текучесть) мембран клеток облегчает процессы транспорта веществ через мембрану.

Белки мембраны клеток представлены, в основном, гликопротеинами.

Различают интегральные белки, проникающие через всю толщу мембраны и периферические белки, прикрепленные только к поверхности мембраны, в основном, к внутренней ее части.

Периферические белки почти все функционируют как энзимы (ацетилхолинестераза, кислая и шелочная фосфатазы и др.). Но некоторые энзимы также представлены интегральными белками — АТФ-аза.

Интегральные белки обеспечивают селективный обмен ионов через каналы мембран между экстрацеллюлярной и интрацеллюлярной жидкостью, а также действуют как белки — переносчики крупных молекул.

Рецепторы и антигены мембраны могут быть представлены как интегральными, так и периферическими белками.

Белки, примыкающие к мембране с цитоплазматической стороны, относятся к цитоскелету клетки. Они могут прикрепляться к мембранным белкам.

Цитоскелет позволяет клетке проявлять гибкоэластические свойства, обеспечивает дополнительную прочность мембраны.

Большинство интегральных белков — гликопротеины. Их углеводная часть выступает из клеточной мембраны наружу. Многие гликопротеины обладают большим отрицательным зарядом из-за значительного содержания сиаловой кислоты (например, молекула гликофорина). Это обеспечивает поверхности большинства клеток отрицательный заряд, способствуя отталкиванию других отрицательно заряженных объектов. Углеводные выступы гликопротеинов являются носителями антигенов групп крови, других антигенных детерминант клетки, они действуют как рецепторы, связывающие гормоны. Гликопротеины образуют адгезивные молекулы, обуславливающие прикрепление клеток одна к другой, т.е. тесные межклеточные контакты.

Функции клеточной или плазматической мембраныМембрана обеспечивает:1) Избирательное проникновение в клетку и из нее молекул и ионов, необходимых для выполнения специфических функций клеток; 2) Избирательный транспорт ионов через мембрану, поддерживая трансмембранную разницу электрического потенциала; 3) Специфику межклеточных контактов.

Благодаря наличию в мембране многочисленных рецепторов, воспринимающих химические сигналы — гормоны, медиаторы и другие биологически активные вещества, она способна изменять метаболическую активность клетки. Мембраны обеспечивают специфику иммунных проявлений, благодаря наличию на них антигенов — структур, вызывающих образование антител, способных специфически связываться с этими антигенами. Ядро и органеллы клетки также отделены от цитоплазмы мембранами, которые предупреждают свободное движение воды и растворенных в ней веществ из цитоплазмы в них и наоборот. Это создает условия для разделения биохимических процессов, протекающих в различных отсеках (компартментах) внутри клетки.

Механизм трансмембранного переноса

Вода является самым распространенным веществом организма. На ее долю приходится 60% массы тела у мужчин и 52% у женщин. Все биохимические реакции протекают в водных растворах внутри клеток и во внеклеточном пространстве. Водонерастворимые органические вещества, например жиры, транспортируются в виде комплексов с водорастворимыми белками.

Неорганические и многие органические вещества присутствуют в растворах в виде ионов.

Концентрация ионов во внутри- и внеклеточных растворах (кровь, лимфа, желудочный сок, моча и др.) существенно различается. Через полупроницаемые клеточные мембраны, разделяющие различные водные пространства, движение молекул происходит не только по концентрационному градиенту, но и против него, например, перенос ионов калия внутрь клетки и ионов натрия наружу, путем сложного механизма трансмембранного переноса. Вода свободно перемещается через мембраны в сторону того пространства, где концентрация органических и неорганических веществ выше, выравнивая осмотическое давление.

Благодаря различной концентрации катионов и анионов внутри и вне клеток на их мембране создается определенный электрический заряд, имеющий большое значение для функции клеток, особенно нервных. Нарушение концентрации ионов, в первую очередь натрия, калия, кальция, хлоридов и бикарбонатов, может быть причиной существенных расстройств различных систем и органов, а в тяжелых случаях приводить к смерти.