3. Строение и функции клеточной мембраны. Ионные каналы, их виды, функции.

ОТВЕТ: Наружная мембрана клетки окружает жидкую внутриклеточную среду, т.е. является барьером, отграничивающим клетку от внеклеточной жидкости. Она имеет толщину 7,5 – 10 нм и состоит из липидов (фосфолипиды и холестерола), белков, углеводов.

Основу мембраны составляет двойной слой (бислой) фосфолипидов, молекулы которых имеют гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные участки. Гидрофильные участки направлены в водную фазу (во вне- и внутриклеточную среду), а гидрофобные концы обращены друг к другу (внутрь бислоя). Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки, а также препятствуют проникновению в клетку и выходу из клетки водорастворимых веществ.

Белки, входящие в составе мембраны могут быть интегральными (проходят через всю толщу мембраны) и периферическими (прикреплены к поверхности мембраны изнутри или снаружи). Одной из функций мембранных белков является формирование ионных каналов. Ионные представляют собой поры из интегральных белков, через которые внутрь клетки или, наоборот, из клетки проходят ионы. Ионные каналы могут закрываться и открываться под влиянием изменения заряда на мембране или действия химических веществ.

Углеводы на внешней поверхности мембраны соединяются с белками (гликопротеиды) или с липидами (гликолипиды) и образуют гликокаликс, функция которого заключается в рецепции биологически активных веществ, иммунных реакциях.

Функции мембраны:

• Барьерная (защитная) – отделяет внутреннюю среду клетки от внешней среды.

• Метаболическая – принимает участие в биохимических реакциях в клетке.

• Транспортная – избирательная проницаемость, регулирует содержание в клетке ионов и молекул. В случае, если вещества движутся через мембрану по градиенту концентрации (из области с большей концентрацией в область с меньшей), то энергия не затрачивается, и такой транспорт называется пассивным. На движение веществ против концентрационного градиента затрачивается энергия АТФ, и такой транспорт называется активным. Активный транспорт осуществляется с помощью специальных белковых насосов.

• Рецепторная – обеспечивает узнавание раздражителей и реагирование на них.

• Иммунологическая – участвует в иммунных реакциях.

• Электрическая – принимает участие в механизмах формирования мембранных потенциалов. Изменение заряда на мембране имеет большое значение в передаче информации в нервной системе и органах чувств, а также в сокращении мышц.

• Контактная – образование зон контакта между клетками, при этом возможен обмен веществами между клетками.

4. Происхождение мембранных потенциалов. Потенциал покоя. Понятие об ионной асимметрии. Значение ионных насосов в поддержании ионной асимметрии.

ОТВЕТ: Концентрация ионов во внеклеточной и внутриклеточной жидкости неодинакова. Во внеклеточной жидкости содержится больше ионов натрия (в 10 – 20 раз) и хлора (в 6 – 10 раз). Во внутриклеточной жидкости больше ионов калия (в 30 – 40 раз) и органических анионов. Разность концентраций ионов во внеклеточной и внутриклеточной жидкости называется ионной асимметрией. Ионная асимметрия поддерживается работой специального интегрального белка – Na+-K+-насоса, который выводит из клетки 3 иона натрия и обеспечивает поступление в клетку 2 ионов калия против концентрационного градиента, при этом происходит разрушение одной молекулы АТФ.

В покое, в невозбужденной клетке проницаемость мембраны для ионов К+ во много раз выше, чем для Na+. Поскольку концентрация ионов калия выше во внутриклеточном пространстве, они выходят из клетки наружу. Внутриклеточные анионы притягиваются к ионам калия за счёт электрических сил, но не могут выйти из клетки, так как мембрана для них непроницаема. Таким образом, ионы калия формируют положительно заряженный слой на наружной поверхности мембраны, а анионы – отрицательно заряженный слой на внутренней поверхности. За счёт этого между наружной и внутренней поверхностями мембраны формируется потенциал: внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной. Этот потенциал называется потенциалом покоя, его величина неодинакова для разных клеток, для нервной ткани значение потенциала покоя равно –70 мВ. Наличие потенциала покоя характерно для всех живых клеток, выравнивание заряда между внутренней и наружной поверхностями мембраны свидетельствует о смерти клетки.