Модель молекулы мембранного липида.
Рис. 5.
Схема ориентации липидов в мембране.
Рис. 6.
Специфичность каждой клеточной мембраны, обусловлена белковыми молекулами, встроенными в липидный слой. Мембранные липиды представлены жидкой фазой, и белки способны легко перемещаться с места на место, менять свою конфигурацию. Таким образом, мембрана клетки представлена двумя слоями липидов и молекулами белков, встроенных в них (рис. 7).
Схема мембраны клетки.
Рис. 7.
Мембранные белки распадаются на пять классов: насосы, каналы, рецепторы, ферменты и структурные белки (их функции определяются названиями), т.е. в мембране нет пор, каналов как таковых, а есть белки, которые эти функции выполняют. Мембранные белки - это ключ к пониманию функций нейрона, а, следовательно, и функций мозга. Белковые молекулы - природные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты (рис. 8).
Схема белковых молекул.
Рис. 8.
Аминокислот в природе всего 20, из них 10 заменимых, т.е. синтезируемых в организме и 10 незаменимых, которые в организме не синтезируются и потому должны поступать с пищей. Белки могут достигать гигантских размеров и состоять из 15000 аминокислотных остатков, поэтому в клетке находятся в скрученном состоянии, образуя спирали и шары (глобулы).
Каждая аминокислота имеет две группы: карбоксильную -СООН и аминогруппу -NН2. Соединение аминокислот в белковую цепочку происходит через эти группы с выделением воды и образованием пептидной связи С-N, поэтому другое название белков - пептиды.
Реакция образования белковой цепочки (дипептида):
В организме белки - это и строительный материал, и ферменты - биологические катализаторы, и гормоны, и средства защиты - антитела, обеспечивающие механизм сопротивления болезням - иммунитет, и источники энергии.
Важнейшее свойство плазматической мембраны (плазмалеммы) состоит в ее способности пропускать в клетку или из нее различные вещества. Благодаря такой избирательной проницаемости, клетка поддерживает постоянство своей внутренней среды - гомеостаз. Транспорт веществ через мембрану может проходит путем диффузии (по законам физики) - вода, газы, мелкие молекулы, и путем активного транспорта, против градиента концентраций, с затратой энергии АТФ (АТФ - аденозинтрифосфорная кислота - особая молекула, способная запасать для нужд клетки энергию в своих химических связях) - ионы Na+ (натрия), К+ (калия), Са2+ (кальция), белки и другие молекулы.
В состоянии покоя нейрон способен поддерживать постоянство своей внутренней среды, отличающейся от состава окружающей его жидкости. Особенно велика разница в концентрациях ионов Nа+ и К+. Наружная среда приблизительно в 10 раз богаче натрием, чем внутренняя, а внутренняя среда в 20-100 раз богаче калием, чем наружная. Такое соотношение обеспечивается особым мембранным белком - натриевым насосом, работающим с затратой энергии АТФ (подробно эти функции будут рассмотрены в последующих главах).
Следует подчеркнуть, что клетки не являются статическими, неподвижными образованиями, клеточная мембрана - живая динамичная структура и вместе с органеллами клетки находится в постоянном движении и постоянной перестройке, именно поэтому они способны функционировать.