Биоэнергетика мембран: основные понятия

Мембраны с точки зрения биоэнергетики

Биологические мембраны – природные пленки толщиной 5-7 нм, состоящие из белков и липидов.

Липидные компоненты: фосфолипиды или (реже) глико- и сульфолипиды.

Белки: определяют специфику мембран (ферменты, пигменты, рецепторы)

В каждой клетке есть плазматическая мембрана (плазмалемма), которая ограничивает содержимое клетки от наружной среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки.

К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды.

Функции биологических мембран

1)барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой.

2)транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки.

3)матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

4)рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).

5)энергетическая.

Среди энергопреобразующих мембран, наибольшее биологическое значение имеют: 1)Внутренняя мембрана митохондрий 2)Внутренняя (цитоплазматическая) мембрана

бактерий 3)Внешняя мембрана клеток эукариот

4)Мембрана бактериальных хроматофоров 5)Тилакоиды хлоропластов и цианобактерий 6)Вакуолярная мембрана (тонопласт) растений и

грибов

Не преобразуют энергию: внешняя мембрана митохондрий, внешняя мембрана оболочки хлоропласта, мембраны эндоплазматической сети

(?) и аппарата Гольджи (?), мембрана ядра (?).

Проницаемость биомембран

Низкомолекулярные нейтральные вещества (газы, вода, аммиак, глицерин и мочевина) свободно диффундируют через биомембраны.

С увеличением размера молекулы теряют способность проникать через биомембраны (непроницаемы для глюкозы и других сахаров). Проницаемость биомембран зависит от полярности веществ:

-Неполярные вещества, такие, как бензол, этанол, диэтиловый эфир легко проходить через

-Для гидрофильных, особенно заряженных молекул, биомембраны непроницаемы (перенос таких веществ осуществляется специализированными транспортными белками)

Пассивный и активный транспорт

Пассивный транспорт - свободная диффузия и транспортные процессы, обеспечиваемые ионными каналами и переносчиками, осуществляется по градиенту концентрации или градиенту электрическою заряда (называемым вместе электрохимическим градиентом).

Канальные белки образуют в биомембранах заполненные водой поры, проницаемые для определенных ионов. Например, имеются специфические ионные каналы для ионов Na+, К+, Са2+ и Cl-

Транспортные белки избирательно связывают молекулы субстрата и за счет конформационных изменений переносят их через мембрану.

Белки-переносчики (пермеазы) похожи на ферменты, но они «катализируют» направленный транспорт, а не

ферментативную реакцию.

Активный транспорт идет против градиента концентрации или заряда, поэтому активный транспорт требует притока дополнительной энергии, которая обычно обеспечивается за счет гидролиза АТФ.

Существует несколько систем активного транспорта (ионные насосы):

1)Натрий-калиевый насос (Na+/K+-АТФаза).

2)Кальциевый насос.

3)Водородный насос.

Протонный потенциал состоит из:

-трансмембранной разности электрических потенциалов (Δψ)

-трансмембранной разности концентрации ионов водорода (ΔрН).

Потенциальная энергия, накопленная в форме Δψ или ΔрН может быть переведена в работу, если в мембране будет сопряженный компонент (сопрягающий перенос протонов по градиенту с совершением полезной работы)