2.5. Клітинні мембрани, їх будова, хімічний склад та функції

Цитоплазматичні мембрани – це ультратонкі структури товщиною 5–10 нм, утворені з білків (60%), фосфоліпідів (40%) і невеликої кількості вуглеводів. Вони відокремлюють вміст клітини, регулюють обмін між клітинами і середовищем, утворюють усередині клітини низку компартментів, де відбуваються спеціалізовані метаболічні процеси. Мембранами оточені цитоплазма, ядро, хлоропласти, апарат Гольджі, рибосоми та ін. Найважливіші біохімічні процеси (світлові реакції фотосинтезу, окиснювальне фосфорилювання при диханні) відбуваються безпосередньо на мембранах.

Крім названих функцій, мембрани регулюють транспорт іонів і продуктів метаболізму. Вони мають вибіркову проникність, тобто здатність активно регулювати процес проникнення речовини до клітини. Молекули або іони одних речовин пропускаються швидко, інших – повільно, ще інших – не пропускаються взагалі. Ця властивість мембран пов’язана з їх будовою і хімічним складом.

Згідно з гіпотезою Робертсона (1959), біологічні мембрани – це тришарові структури, побудовані за типом сендвіча або бутерброда, що включають дві основні речовини – ліпіди і білки. При цьому подвійний шар (бішар) ліпідів розміщений між двома шарами білка (рис. 6).

Рис. 6. Модель мембрани (за Даусоном і Даніеля).

Ця гіпотеза зазнала змін під впливом нових даних. У 1972 р. Сінгер і Ніколсон запропонували рідинно-мозаїчну модель біологічної мембрани, згідно з якою білкові молекули перебувають у рухомому стані, ніби плавають у рідкому ліпідному бішарі, займаючи різні положення: проникають усередину, можуть знаходитися знизу або пронизувати наскрізь увесь ліпідний шар (рис. 7). Ліпіди також можуть переміщуватися, змінюючи своє положення. Такий стан білків, їх розміщення у ліпідному шарі створює своєрідну мозаїчну картину.

Рис.7. Рідинно-мозаїчна модель мембрани:

1 – молекули фосфоліпідів; 2 – молекули білків; 3 - олігосахаридні ланцюжки

Білки клітинної мембрани за своєю будовою неоднорідні й виконують різні функції. Деякі є переносниками, що транспортують через мембрану до цитоплазми клітин чи органел молекули або іони окремих речовин; інші є ферментами, що беруть участь у метаболічних процесах, перетворенні енергії, перенесенні електронів та ін. Складні білки-глікопротеїди містять олігосахаридні ланцюжки. Ці ланцюжки є своєрідними “антенами” для пізнавання зовнішніх сигналів. Завдяки пізнаванню сусідні клітини можуть зв’язуватися одна з одною через певні дільниці й утворювати тканини у процесі диференціації. З пізнаванням пов’язана імунна відповідь клітин на вірусні та інші інфекції, при якій глікопротеїди відіграють роль антигенів.

Білки мембран виконують низку інших важливих функцій. Припускають, що у білків, які наскрізь пронизують мембрану, є гідрофільні канали, або пори. Через ці канали можуть проникати полярні молекули речовин, які не пропускає ліпідний шар мембрани. Хімічний склад ліпідів мембрани теж неоднорідний.

Питання для самоконтролю

1. Будова рослинної клітини. Основні органоїди клітини та їх функції.

2. Хімічний склад і структура цитоплазми.

3. Фізичні властивості цитоплазми як складного колоїдного розчину.

4. Будова біологічної мембрани, хімічний склад, функції.

5. Що треба розуміти під проникністю цитоплазми?

6. Залежність проникності цитоплазми від її стану і умов середовища.