1.Строение, свойства и функции клеточных мембран
Строение мембраны
Мембрана представлена бислоем фосфолипидов. Гидрофобные концы фосфолипидов не полярны и находятся внутри бислоя, а гидрофильные, наоборот.Бислой пронизывают интегриальные белки, образующие каналы, а также холестерин, который придает
мембране упругость. Некоторые белки мембраны – гликопротеины, имеют «хвостики» из углеводных цепочек на внешней стороне. Они выполняют рецепторную функцию.
Всоставе клеточных мембран присутствуют белки трех видов:
Периферические – крепятся на поверхности пленки;
Полуинтегральные – частично проникают внутрь билипидного слоя;
Интегральные – полностью пронизывают мембрану.
Функции мембраны
Функции клеточных мембран:
1)Барьерная, в том числе создание концентрационного градиента
2)Транспортная, в том числе за счет специализированных каналов, обладающих избирательной ( селективной ) проницаемостью
3)Рецепторная - распознавание химических посредников (гормонов,медиаторов) и преобразование в электрические сигналы
4)Соединение между собой клеток посредством межклеточных контактов, в том числе сигналов
5)Высвобождение нейромедиаторов в синапсах
6)Регуляция внутриклеточного обмена веществ за счет вторичных мессенджеров "посредников" . Например, через системы аденилатциклаза - цАМФ, гуанилатциклаза - цГМФ, фосфолипаза С-ИТФ
7)Опорная - прикрепление клетки к внеклеточному матриксу
Свойства мембраны 1.Емкостные свойства в основном определяются фосфолипидным бислоем, который
непроницаем для гидратированных ионов и в то же время достаточно тонок (около 5 нм), чтобы обеспечивать эффективное разделение и накопление зарядов и электростатическое взаимодействие катионов и анионов.
Емкостные свойства клеточных мембран являются одной из причин, определяющих временные характеристики электрических процессов, протекающих на клеточных мембранах.
2.Проводимость (В) — величина, обратная электрическому сопротивлению и равная отношению величины общего трансмембранного тока для данного иона к величине, обусловившей его трансмембранной разности потенциалов.
Через фосфолипидный бислой могут диффундировать различные вещества, причем степень проницаемости (Р), т.е. способность клеточной мембраны пропускать эти вещества, зависит от разности концентраций диффундирующего вещества по обе стороны мембраны, его растворимости в липидах и свойств клеточной мембраны. Скорость диффузии для заряженных ионов в условиях постоянного поля в мембране определяется подвижностью ионов, толщиной мембраны, распределением ионов в мембране. Для неэлектролитов проницаемость мембраны не влияет на ее проводимость, поскольку неэлектролиты не несут зарядов, т.е. не могут переносить электрический ток. Проводимость мембраны является мерой ее ионной проницаемости. Увеличение проводимости свидетельствует об увеличении количества ионов, проходящих через мембрану.
2.Виды, свойства и функции белков-каналов клеточных мембран.
Ионы Na+, K+, Са2+, Сl- проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Размер каналов довольно мал.
Все ионные каналы подразделяются на следующие группы:
1. По избирательности:
a. Селективные( специфические). Эти каналы проницаемы для строго определенных ионов.
b. Малоселективные, (неспецифические), не имеющие определенной ионной избирательности. Их в мембране небольшое количество.
2. По характеру пропускаемых ионов: a. калиевые
b. натриевые c. кальцевые d. хлорные
3. По скорости инактивации (закрывани
a. быстроинактивирующиеся - быстро переходящие в закрытое состояние. Они обеспечивают быстро нарастающее снижение МП и такое же быстрое восстановление.
b. медленноинактирующиеся. Их открывание вызывает медленное снижение МП и медленное его восстановление.
4. По механизмам открывания:
Виды ионных каналов ПОТЕНЦИАЛ-управляемые: изменяют проницаемость под действием биопотенциалов.
ХЕМО(ЛИГАНД) – управляемые: изменяют проницаемость под действием нейромедиаторов и гормонов.
МЕХАНО-управляемые: изменяют проницаемость под действием механических факторов ( например, растяжение мышечной клетки сосудов).
Строение ионных каналов:
1.Селективный фильтр, расположенный в устье канала. Он обеспечивает прохождение через канал строго определенных ионов.
2.Активационные ворота, которые открываются при определенном уровне мембранного потенциала. Активационные ворота потенциалзависимых каналов имеется сенсор, который открывает их на определенном уровне МП.
3.Инактивационные ворота, обеспечивающие закрывание канала и прекращение проведения ионов по каналу на определенном уровне МП.
Неспецифические ионные каналы не имеют ворот.
Селективные ионные каналы могут находиться в трех состояниях, которые определяются положением активационных (м) и инактивационных (h) ворот:
1.Закрытом, когда активационные закрыты, а инактивационные открыты. 2.Активированном, и те и другие ворота открыты.
3.Инактивированном, активационные ворота открыты, а инактивационные закрыты
Функции ионных каналов:
1.Регуляция водного обмена клетки.
2.Регуляция pH.
3.Регуляция ионного обмена (обмен солей): изменение внутриклеточного ионного состава и концентрации.
4.Создание и изменение мембранных потенциалов: потенциал покоя; в возбудимых клетках - локальные потенциалы, потенциал действия.
5.Проведение возбуждения в возбудимых клетках: обеспечение движения нервных импульсов.
6.Трансдукция в сенсорных рецепторах: преобразование раздражения (стимула) в возбуждение.
7.Управление активностью клетки: за счёт обеспечения потоков Са2+.
3.Виды, свойства и функции белков-рецепторов клеточных мембран.
Трансмембранные рецепторы — мембранные белки, которые размещаются, и работают не только во внешней клеточной мембране, но и в мембранах компартментов и органелл клетки. Связывание с сигнальной молекулой (гормоном или медиатором) происходит с одной стороны от мембраны, а клеточный ответ формируется на другой стороне от мембраны.
Строение
1.Внеклеточный домен.
Внеклеточный домен — это участок рецептора, который находится вне клетки или органоида. Если полипептидная цепь рецептора пересекает клетку несколько раз, то внешний домен может состоять из нескольких петель. Основная функция рецептора состоит в том, чтобы опознавать гормон.
2.Трансмембранный домен.
Некоторые рецепторы являются также и белковыми каналами. Трансмембранный домен в основном состоит из трансмембранных α-спиралей. В некоторых рецепторах, таких как никотиновый ацетилхолиновый рецептор, трансмембранный домен формирует
мембранную пору или ионный канал. После активации внеклеточного домена (связывания с гормоном) канал может пропускать ионы. У других рецепторов после связывания гормона трансмембранный домен меняет свою конформацию, что оказывает внутриклеточное воздействие.
3.Внутриклеточный домен.
Внутриклеточный домен взаимодействует с внутренней частью клетки или органоида, ретранслируя полученный сигнал. Существуют два принципиально разных пути такого взаимодействия:
•Внутриклеточный домен связывается с эффекторными сигнальными белками, которые в свою очередь передают сигнал по сигнальной цепи к месту его назначения.
•В случае если рецептор связан с ферментом или сам обладает ферментативной активностью, внутриклеточный домен активирует фермент (или осуществляет ферментативную реакцию).
Клеточные рецепторы можно разделить на два основных класса — мембранные рецепторы и внутриклеточные рецепторы.
1)Мембранные рецепторы.
Мембранные рецепторы являются специализированными интегральными белками, которые осуществляют трансмембранную передачу информации от внешних сигналов (гормонов) внутрь клетки.
Мембранные рецепторы
По функциональной нагрузке:
ионотропные
метаботропные.
Ионотропные рецепторы регулируют ионные токи, то есть управляют лиганд-зависимыми ионными каналами. Они быстро меняют мембранный потенциал и таким образом опосредуют наиболее быстрые реакции клеток на воздействия внешней среды. Так реагируют зрительные, вкусовые и обонятельные клетки.
Метаботропные рецепторы связаны с системами внутриклеточных посредников. Изменения их конформации при связывании с лигандом приводит к запуску каскада биохимических реакций, и, в конечном счете, изменению функционального состояния клетки.
Основные типы мембранных рецепторов:
•лиганд-чувствительные каналы;
•G-белок сопряженные рецепторы;
•рецептор ассоциированная гуанилатциклаза;
•рецептор ассоциированные киназы;
•цитокиновые рецепторы.
2) Внутриклеточные рецепторы.
Внутриклеточные рецепторы находятся внутри клетки и взаимодействуют со стероидными и тиреоидными гормонами, которые представляют собой небольшие липофильные молекулы, с легкостью проникающие в клетку через плазматическую мембрану.
Основные системы внутриклеточной передачи гормонального сигнала:
•Аденилатциклазная система
•Фосфолипазно-кальциевая система
•Гуанилатциклазная система
Функции ионных каналов (по видам):
Калиевый (в покое) – генерация потенциала покоя Натриевый – генерация потенциала действия Кальциевый - генерация медленных действий
Калиевый (задержанное выпрямление) – обеспечение реполяризации Калиевый кальций-активируемый – ограничение деполяризации, обусловленной током Са+2 Ионные каналы воротного типа избирательно пропускают внутрь клетки
вещества, обеспечение облегченной диффузии