4. Строение, состав и физиологическая роль клеточной стенки и цитоплазматической мембраны.

4.1. Биологические мембраны. Функции мембран. Мембранные липиды. Образование липидного бислоя мембран. Мембранные белки. Жидкостно-мозаичное строение мембран. Функции мембранных гликолипидов, гликопротеинов, белков. Свойства биологических мембран.

Биологические мембраны

Термин мембрана используется для обозначения границы клетки, служащей с одной стороны барьером между содержимым клетки и внешней средой, а с другой стороны – селективным фильтром, через который могут проникать вода и растворенные в ней вещества.

Функции мембран

• Структурная – клеточная мембрана отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Внутриклеточные мембраны делят клетку на отделы, выполняющие специфические биологические функции – органеллы.

• Транспортная – мембрана обеспечивает селективный транспорт веществ. С ее помощью регулируется поступление внутрь клетки питательных веществ и выход наружу продуктов обмена.

• Рецепторная – интегрированные в плазматическую мембрану рецепторы участвуют в восприятии внешних сигналов, что позволяет клетке быстро отвечать на изменения, происходящие в окружающей среде. Мембранные рецепторы также обеспечивают объединение однотипных клеток в ткань.

• Метаболическая – биологические мембраны участвуют в процессах метаболических превращений веществ в клетке, поскольку большинство ферментов связано с мембранами.

• Энергопреобразующая – важнейшей функцией многих мембран служит превращение одной формы энергии в другую. К энергопреобразующим мембранам относятся внутренняя мембрана митохондрий, хлоропластов, цитоплазматическая мембрана бактерий.

Таким образом, мембраны это активные биохимические системы, играющие ключевую роль в процессах биологической регуляции и жизнедеятельности клетки.

Мембранные липиды. Образование липидного бислоя мембран.

Липиды мембран представлены четырьмя основными классами полярных липидов: фосфолипиды (глицеро- и сфинголипиды), гликолипиды и стероиды. Все мембранные липиды являются дифильными молекулами. молекулы фосфо- и гликолипидов с одной стороны имеют длинные углеводородные цепи, отличающиеся низким сродством к воде (гидрофобные или липофильные), с другой – более компактные гидрофильные области, получившие название полярных «головок».

Вследствие амфифильности липиды в водной среде образуют многомолекулярные структуры с упорядоченным расположением молекул: гидрофобные части вытесняются из водной среды и взаимодействуют друг с другом, а гидрофильные части контактируют с водой и гидратируются (как бы растворяются в воде). В результате таких взаимодействий образуется бимолекулярный липидный слой (липидный бислой) – основа всех биологических мембран.

Таким образом, клеточные мембраны рассматриваются как липидные бислои. В таком бислое углеводородные радикалы фосфолипидов за счет гидрофобных взаимодействий находятся внутри, а полярные группы липидов располагаются на внешней поверхности бислоя.

Рис. Строение липидного бислоя.

1 – полярная «головка»; 2 – неполярный «хвост».

Важную роль в стабилизации липидных мембран играет холестерол. Примерно половина молекул липидов – молекулы холестерола. Полярная гидроксильная группа холестерола (полярная «головка») взаимодействует с полярными группами фосфолипидов, а жесткий гидрофобный углеводородный радикал – с верней частью углеводородных радикалов жирных кислот. Молекулы холестерола, в отличие от фосфолипидов, могут переходить из одного монослоя в другой, тем самым обеспечивая упругость мембран. Кроме того, холестерол придает мембранам определенную жесткость и уменьшает проницаемость мембран для заряженных молекул.