ФЕДЕРАЛЬНОЕ Государственное АВТОНОМНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования
«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (НИУ «БелГУ»)
Кафедра медико-биологических дисциплин
Специальность (направление подготовки) 060101.65 лечебное дело, 060103.65 педиатрия		Курс	второй
		Семестр	четвёртый
Дисциплина НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ ВОПРОС № i (1)
Строение и функции биологических мембран. Мембранный потенциал покоя, его происхождение.
Утверждено на заседании кафедры медико-биологических дисциплин, протокол от 12.05.11 № 10.
Преподаватель к.м.н.	В.Г. Нестеров
Зав. кафедрой д.м.н., профессор	М.И. Чурносов

Кле́точная мембра́на (или цитолемма, или плазмолемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды.

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу.

Жидкостно-мозаичная концептуальная модель биомембраны Сингера-Николсона (1972 г.)

В настоящее время жидкостно-мозаичная модель биомембраны Сингера и Николсона (1972 г.) получила общее признание.

Согласно этой модели, мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу(рис. 2.1).

В жидкостно-мозаичной модели, в центре которой находится представление о подвижности мембранных компонентов, мембрана рассматривается как некое липидное море, в котором свободно плавают глобулярные белки, окруженные аннулярными липидами.

Изображение элементов биомембраны

Рис. 49. Схема расположения Na/K-АТФазы в клеточной мембране (а) и структура ее специфического ингибитора уабаина (б)

Расположение N- и С-концов полипептидных цепей указано соответствующими буквами. Мембранная часть α-субъединицы представлена 10 α-спиралями (колоннами),

На рис. 807251432 показана модель представленная в учебнике.

Рис. 807251432. Трехмерная жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны (по Сингеру—Николсону). А — фосфолипидный бислой, в который погружены белки; Б — различные моменты движе­ния Na⁺ через клеточную мембрану.

Предметные модели биомембраны

ЛИПОСОМЫ (от греч. lipos - жир и sоma - тело) (липидные везикулы), искусственно получаемые частицы, к-рые образованы одним или неск. концентрическими замкнутыми липидными бислoями; внутр. водный объем Л. изолирован от внеш. среды.

Для приготовления Л. обычно используют фосфолипиды.

Мицелла (новолат. micella, уменьшительное от лат. mica — крошка, крупинка), отдельная частица дисперсной фазы золя, т. е. высокодисперсной коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой. М. состоит из ядра кристаллической или аморфной структуры и поверхностного слоя, включающего сольватно связанные молекулы окружающей жидкости.

Б) Свойства и функции биологических мембран.

Мембрана обладает свойствами замкнутости, текучести и асимметричности

Замкнутость

Мембраны всегда образуют замкнутые пространства (рис. 808061723). Плазматическая мембрана является внешней границей клетки, а также внутренних клеточных компартментов.

Асимметричность

Внешняя и внутренняя поверхности мембраны различаются по составу липидов, белков и наличием гликокаликса на внешней поверхности мембраны.

Текучесть

Липиды, белки и другие составляющие плазматической мембраны движутся в пределах слоя.

Переходы между слоями называются flip-flop, происходят реже, чем в пределах слоя, что обеспечивает наличие свойства асимметричности. Переходы между слоями осуществляют ферменты транслокаторы фосфолипидов

Функции биомембраны

• барьерная - обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

• транспортная - через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.

Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств т. к. мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.

При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.

Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

• матричная - обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;

• механическая - обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных - межклеточное вещество.

• энергетическая - при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

• рецепторная - некоторые белки, сидящие в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетке воспринимает те или иные сигналы).

Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

• ферментативная - мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

• осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, т. к. это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

• маркировка клетки - на мембране есть антигены, действующие как маркеры - "ярлыки", позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (т. е. белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль "антенн". Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

• Контактная - организации зон специфического или неспецифического контакта между клетками с образованием тканевой структуры. При этом в области контакта возможен обмен ионами, медиаторами, макромолекулами между клетками, или передача электрических сигналов.

Возбудимые Клетки связаны между собой зонами специфических и не­специфических контактов.

Зоны неспецифического контакта представлены - - неизмененные участки прилежащих друг другу клеточных мембран соседних клеток, между которыми находится межклеточная жидкость.

Зоны специфического контакта в возбудимых тканях в основном представлены щелевыми, плотными контактами и десмосомами.

Щелевые кон­такты являются областью межклеточного обмена ионами и малыми моле­кулами с мол. массой до 500.

Плотные контакты …

Функция щелевых контактов нарушается при повышении внутриклеточной концентрации Са²⁺ и Н⁺. Щелевые и плот­ные контакты также ответственны за передачу возбуждения между клетка­ми.

Десмосомы обеспечивают механическую связь между клетками.