Биологические мембраны
Значение и функции биологических мембран. Строение мембран.
Структурной и функциональной единицей живого организма является клетка, которой присущи все основные жизненные функции. Все клетки состоят из цитоплазмы, окруженной плазматической мембраной. В цитоплазме находятся ядро, органоиды клетки (метахондрии, липосомы, рибосомы и др.).
Мембраны окружают всю цитоплазму и отграничивают её от окружающей среды. Проникновение веществ в клетку и из клетки в большей степени зависит от свойств мембран. Мембраны находятся и внутри клетки, образуя оболочки всех органоидов и включений клетки.
Толщина мембраны порядка нескольких нанометров, (≈ 10-9 м.), поэтому в оптический микроскоп её разглядеть нельзя, но зато она хорошо рассматривается в электронном микроскопе.
В 1935 году Даниэлли и Давсон предложили модель строения мембраны, которая не претерпела существенных изменений до нашего времени. Согласно этой модели основу мембраны составляют два слоя фосфолипидов (рис. 6.1).
Рис.6.1
Молекула фосфолипида имеет полярную “головку” и неполярный “ хвост”. Два слоя молекул фосфолипидов расположены перпендикулярно поверхности мембраны (рис.6.2). Гидрофильные концы молекул (полярные головки) способны
Рис.6.2
взаимодействовать с дипольными молекулами воды и формировать гидратные оболочки. Поэтому гидрофильные (полярные) концы молекул липидов направлены наружу мембраны. Гидрофобные (неполярные) концы молекул направлены вглубь мембраны - они не могут присоединять молекулы воды. Молекулы фосфолипидов адсорбируют молекулы белков.
Моделей мембран высказывалось очень много, но ни одна из них не стала общепринятой.
В настоящее время наибольшее распространение получила жидкомозаичная модель, предложенная в 1972 году Синджером и Никольсоном. В основе этой модели лежит также двухслойная липидная мембрана. Эта фосфолипидная основа представляет собой как бы двумерный растворитель, в котором плавают более или менее погруженные белки
Рис. 6.3
За счет указанных белков полностью или частично осуществляются специфические функции мембран: проницаемость, активный транспорт через мембрану, генерация электрической разности потенциалов и др.
Мембраны не являются неподвижными структурами. Липиды и белки обмениваются местами и перемещаются вдоль плоскости (латеральная диффузия) и поперек плоскости мембран (диффузия флип-флоп) .Латеральная диффузия сопровождается высокой подвижностью липидов, а диффузия флип-флоп – низкой подвижностью, т.е. обмен местами липидов, находящихся на разных сторонах мембраны, является маловероятным процессом.
Физиологические функции мембран.
Делят клетку на отдельные участки, фазы, в которых протекают различные биохимические реакции, которых в клетках протекает до тысячи видов.
Принимают участие во всех процессах обмена веществ, которые обусловливают жизнедеятельность клетки. Это происходит потому, что мембранные структуры в организмах составляют огромную поверхность (до десятков тысяч квадратных метров). Поэтому биохимические реакции протекают в основном на поверхности мембран, обеспечивая обмен веществ.
Координируют и регулируют биохимические и биофизические процессы в клетках. Мембраны являются своеобразным устройством, воспринимающим сигналы извне и преобразующим их в команды, регулирующие обмен веществ в клетке.
Клеточные мембраны обеспечивают адгезию (сцепление) клеток друг с другом, что обеспечивает существование ткани. Адгезия осуществляется специализированными структурами на клеточных мембранах (иногда это просто как механическое сцепление типа”гнездо-шип", иногда химическая связь, иногда- склеивающее цементнообразное вещество”).