Состав и функции биологических мембран

Все клетки окружены цитоплазматической мембраной, которая ограничивает цитоплазму и большинство внутриклеточных структур, а так же образует единую систему канальцев, складок и замкнутых полостей, расположенных внутри клетки. Толщина не превышает 10 нм, в этой структуре плотно упакованы липиды и белки, поэтому сухой вес мембраны составляет более ½ сухого веса клетки.

В состав входят:

- Липиды - составляют мембранную матрицу. Наибольшее содержание фосфолипидов, в состав также входят сфингомиелины, цереброзиды, холестерин и минорные липиды;

- Белки - составляют вариабельную часть. Могут быть интегральными (погружены в мембрану или пронизывают ее насквозь) и периферическими (на поверхности мембраны и слабо связаны с ней). По другой классификации ферментативные, транспортные, рецепторные, каналообразующие, воротные, структурные;

- Углеводы в виде гликопротеидов и гликолипидов. В состав мембранных углеводов входят: Д-галактоза, Д-глюкоза, Д-фруктоза, Д-манноза и другие;

- Небольшое кол-во воды. Вода делится на свободную, связанную и захваченную. Связанная и свободная вода различается по подвижности молекул воды и растворяющей способности. Наименьшей подвижностью и растворяющей способностью обладает внутренняя связанная вода. Основную часть связанной воды представляет вода гидратных оболочек. Эта вода окружает полярные группы белков и липидов, имеет min подвижность и практически не обладает свойствами растворителя. Свободная вода в порах и каналах. Она является хорошим растворителем, подвижная и обладает всеми свойствами жидкой воды. Захваченная вода обладает изотопным движением, характерным для жидкой воды, является хорошим растворителем. Она встречается в центральной зоне мембран, между ее липидными слоями, но эта вода пространственно делится  как с внеклеточной жидкостью, так и с цитоплазмой. У нее нет возможности свободно с ними обмениваться.

Все мембраны выполняют три универсальные функции:

- барьера для ионов обеспечивает селективный, регулируемый, пассивный и активный обмен веществ в клетке с окружающей средой

- матрицы структурной основы для встроенных белков, гликопротеинов и гликолипидов;

- механическую функцию, обеспечивающую прочность и автономность клеток и внутриклеточных структур.

Также существуют специализированные функции:

- Активный перенос K+, Na+, Ca2+, подержание осмотического равновесия;

- Связывание гормонов и включение механизмов внутриклеточной сигнализации;

- Генерация потенциалов покоя и действия, распространение потенциала действия (нервные и мышечные клетки);

- Перенос электронов на кислород и синтез АТФ (окислительное фосфорилирование);

- Перенос ионов кальция из клеточного сока внутрь везикул;

- Поглощение квантов света и генерация внутриклеточного сигнала (клетки зрительного эпителия).

Виды транспорта через плазматическую мембрану.

В клетке существует 4 основных вида транспорта:  1) Диффузия, 2) Осмос,  3) Активный транспорт,  4) эндо и экзоцитоз.  1) Диффузия – это переме-щение веществ по диффузному градиенту, т.е. из области высокой концентрации, в область с низкой концентрацией. Медленно диффундиру-ют ионы, глюкоза, аминокислоты, липиды и т.д. Быстро диффундируют жирорастворимые молекулы. Облегченная диффузия является модификацией диффузии. Наблюдается в том случае, когда определенному веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула, т.е. у этой молекулы есть свой канал, через который она легко проходит (поступление глюкозы в эритроциты). 2) Осмос – это дифунди-рованние воды через полупроницаемые мембра-ны. 3) Активный – это перенос молекул или ионов через мембрану, против градиента концентрации и электрохимического градиента. В клетке между двумя сторонами плазматической мембраны поддерживается разность потенциалов – мембранный потенциал. Внешняя среда положительный заряд, а внутренняя отрицатель-ный. Поэтому в клетку будут стремится катионы Na, K, а анионы хлора будут отталкиваться. Примером активного транспорта имеющегося в большинстве клеток является натриево-калиевый насос. 4) Эндо и экзоцитоз. Плазматическая мембрана принимает учатие в выведении веществ из клетки, это происходит в процессе экзоцитоза. Так выводятся гормоны, полисахариды, белки, жировые капли и др. продукты клетки. Они заключаются в пузырьки, ограниченные мембра-ной, и подходят к плазмолеме. Обе мембраны сливаются и содержимое пузырька выводится наружу. Фагоцтоз - захват и поглощение клеткой крупных частиц. Пиноцитоз – процесс захвата и поглощения капелек жидкости.