Мембранные белки. Жидко-мозаичное строение мембран
Мембраны – вязкие, но пластичные структуры. Согласно жидкостно-мозаичной модели основой биологических мембран является липидный бислой, в него погружены и встроены молекулы белков, гликолипидов и гликопротеинов, способные передвигаться в мембране. Эти молекулы составляют 50% по массе всех компонентов мембран.
Следовательно, мембраны не являются системами, состоящими из жестко фиксированных элементов. Жидкостно-мозаичная модель представляет мембраны как «море» жидких липидов, в котором плавают «айсберги» белков.
Рис. Схема строения биологической мембраны клетки: 1 — углеводные фрагменты гликопротеидов; 2 — липидный бислой; 3 — интегральный белок; 4 — «головки» фосфолипидов; 5 — периферический белок; 6 — холестерин; 7 — жирнокислотные «хвосты» фосфолипидов.
Мембранные белки, гликопротеины и гликолипиды, связанные с мембранными липидами ковалентно или пронизывающие липидные бислои насквозь, называют интегральными; молекулярные комплексы, связанные с поверхностью мембран, - периферическими.
Функции мембранных гликолипидов, гликопротеинов, белков:
Структурные белки, помогающие поддерживать структуру мембран.
Белки-переносчики гидрофильных молекул или ионов через мембрану.
Ферменты, взаимодействующие с жирорастворимыми веществами.
Рецепторы на поверхности клеток (гликолипиды и гликопротеины).
Свойства биологических мембран
Замкнутость мембран. В процессе самосборки липидные бислои замыкаются сами на себя, что приводит к устранению свободных краев, на которых гидрофобные хвосты могли бы соприкасаться с водой.
Ассиметричность мембран. По химическому составу наружная поверхность мембран отличается от внутренней. Например, в мембране эритроцитов во внешней половине двойного липидного слоя преобладает фосфатидилхолин, а во внутренней – фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин. Углеводные части гликолипидов и гликопротеинов выходят на наружную поверхность мембраны, иногда образуя сплошное покрытие клетки – гликокаликс.
Динамичность мембран. Отдельные молекулы мембранных липидов и белков способны перемещаться в мембране в пределах одного монослоя (латеральная диффузия). Перескок липидов из одного монослоя в другой осуществляется редко. Молекулы белков также способны к латеральной диффузии, но скорость их диффузии в несколько раз ниже, чем липидов.
Особое влияние на текучесть мембран оказывает жесткое четырехчленное кольцо холестерола, погруженное в липидный бислой. При температуре 37оС холестерол ограничивает текучесть мембраны, при более высоких температурах – способствует поддержанию их текучести, препятствуя слипанию углеводородных цепей.
Избирательная проницаемость мембран. Мембрана участвует в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Избирательный транспорт необходим для поддержания трансмембранного градиента ионов, служит основой биоэнергетических механизмов и др.
4.2. Транспорт субстратов и продуктов, основные механизмы, организация и регуляция транспортных процессов. Механизмы переноса веществ и передачи сигналов через мембрану. Пассивный транспорт. Активный транспорт. Na+/K+-насос. Экзо- и эндоцитоз.Системы унипорта, симпорта и антипорта.
Перенос веществ через мембрану может осуществляться по градиенту концентраций (пассивный транспорт) и против градиента концентраций (активный транспорт).