Подвижность молекулярных компонентов бм

Основными формами молекулярного движения в БМ являются:

1. Латеральная миграция (перемещение молекул в плоскости мембраны в пределах одной стороны бимолекулярного слоя).

2. Вращение молекул вокруг собственной оси.

Скорости обоих процессов примерно такие же, как скорость свободной диффузии в вязкой среде.

Большой свободой движения обладают липиды. Среднее время пребывания фосфолипидной молекулы в данной точке мембраны не более с, следовательно, мембранные липиды за счет латеральной миграции постоянно меняются местами, причем, каждая молекула меняет своих соседей примерно раз в секунду, передвигаясь со скоростью 5-10 мкм в секунду. В жидкокристаллической структуре молекулы перемещаются скачками. Между частотой перескоков, площадью, занимаемой молекулой в БМ и средним расстоянием, проходимым молекулой за время t, установлены следующие соотношения:

- частота перескоков;

- среднее расстояние;

- площадь, занимаемая одной молекулой;

- коэффициент диффузии или коэффициент латеральной миграции.

Его величина у мембран фосфолипидов обычно составляет

Скорость вращательного движения мембран молекул довольно велика, и она зависит от размеров молекулы и свойств мембраны. Так, поворот на 1 рад фосфолипид совершает примерно за с; родопсин - за с; цитохромоксидаза - фермент дыхательных цепей митохондрий - за с.

В отличие от вращения и лотеральной миграции, перемещение молекул поперек мембраны, то есть, с одной стороны липидного слоя на другой, совершаются очень редко.

Асимметрия клеточных мембран имеет важное значение в переносе через нее различных веществ. Асимметрия строения белков и липидов БМ обеспечивает векторный транспорт через БМ, то есть, однонаправленный перенос веществ через нее.

Лабильность БМ проявляется не только в значительной подвижности их молекулярных компонентов, но и в высоких темпах обновления. Темп обновления компонентов оценивается временем полу жизни каждого из них. Средние показания этого времени различны у белков в разных мембранах. Так, в плазмолемме и мембранах эндоплазматической сети, оно составляет примерно 50 часов. В мембранах митохондрий - примерно 120 часов. Липиды также обновляются довольно быстрыми темпами. У разных фосфолипидов время полу жизни примерно от 15 до 80 часов, у холестерина - от 24 до 140 часов, следовательно, в течение жизни клетки, ее мембранные компоненты многократно обновляются. Однако, это не приводит к замене целых мембранных систем, так как скорости обновления молекул различных типов в одних и тех же биологических мембранах меняются в широких пределах.

Функции биологических мембран

Физические, химические и физико-химические свойства биологических мембран предопределяют выполнение ими определенных функций, без которых жизнедеятельность организма невозможна. В самом общем виде, и применительно ко всем мембранам, выделяют три основные функции БМ:

1. Барьерная.

2. Матричная.

3. Механическая.

Механическая функция заключается в поддержании морфологической целостности и относительной автономности как клетки в целом, так и внутриклеточных органелл. Эта функция основана, прежде всего на механических свойствах мембранных структур.

Под барьерной функцией понимается создание биомембранных препятствий для свободного перемещения веществ через нее. Для одних веществ мембраны являются непреодолимым препятствием, другие легко проходят сквозь нее, причем, как правило, только в одном направлении. Скорость мембранного переноса разных веществ неодинакова. Следовательно, с барьерной функцией БМ непосредственно связана ее избирательная селективная проницаемость.

Мембраны не только отделяют друг от друга клетки, но, также, разделяют цитоплазму на ряд замкнутых отсеков ("компартментов"), каждый из которых выполняет свою специфическую функцию. В такой трактовке понятие компартментов совпадает с понятием органелл. Благодаря компартментализации, в клетке пространственно разобщены, и изолированы друг от друга биохимические процессы, течение которых совместно невозможно. Так, например, синтез жирных кислот происходит в цитоплазме, а их окисление - в митохондриях. Синтез белка происходит на рибосомах, а его деградация - в лизосомах. Между содержимым органелл и цитозолем имеются существенные различия в химическом составе, что обусловливает наличие высоких концентрационных градиентов на внутриклеточных мембранах. На плазмолемме также поддерживаются значительные физико-химические градиенты. Градиенты служат главной движущей силой трансмембранного переноса веществ.

Преимущества компартментализации связаны не только с барьерной, но и с матричной функцией клеточных мембран. БМ служит матрицей для белков-рецепторов, ферментов и других физиологически активных веществ. Матричная функция обеспечивает пространственную организацию рецепторных взаимодействий метаболических реакций, переноса энергии и других мембранных процессов. Так, в БМ объединяются встроенные в них ферменты в единый конвейер, где каждый из них действует строго согласовано с остальными. Среди мембранных ферментов выделяются векторные, которые пронизывают БМ насквозь и обеспечивают прием одних компонентов на ее одной стороне, и выделение продуктов реакции на противоположной стороне.

Различные клеточные мембраны осуществляют также ряд специфических, присущих только им, функций. К характерным функциям плазмолеммы относят:

1. Механическая защита клетки.

2. Обеспечение межклеточных взаимодействий.

3. Электрическая изоляция клетки.

4. Экранировка клетки от внешних электромагнитных полей.

5. Биоэлектрогенез.

6. Генерация нервных импульсов (потенциалодействие) и их проведение по нервным волокнам.