Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран thumbnail

Определение

Липиды — сборная (разнородная) группа биологических соединений, растворимых в органических растворителях и нерастворимых в воде.

Таким образом, липиды — это гидрофобные соединения. В  эту группу входят вещества, достаточно сильно различающиеся по химическим свойствам. Мы рассмотрим три группы этих веществ: триглицериды, фосфолипиды  и стероиды. 

В составе многих липидов встречаются длинные гидрофобные цепи углеводородной структуры, например  $–CH_2–CH_2–CH_2–$. Прежде всего, такие цепи входят в состав молекул жирных кислот. Молекулы жирных кислот представляют собой такую длинную, как правило, неразветвленную цепь, на конце которой имеется карбоксильная группа $–COOH$, которая может диссоциировать на $H^+$ и $–COO^-$ — отрицательно заряженный анион кислоты. Поскольку атомы углерода и водорода не сильно различаются по степени электроотрицательности, то ковалентная связь, которую образуют между собой атомы углерода и водорода, является неполярной, то есть валентные электроны распределены между двумя этими атомами равномерно. Именно поэтому длинные углеводородные цепи являются гидрофобными.

Большая часть жирных кислот, содержащихся в организме, имеет четное количество атомов водорода, обычно жирнокислотные цепи содержат от 12 до 24 атомов углерода (чаще всего 16 или 18). Наряду с насыщенными жирными кислотами довольно часто встречаются жирные кислоты с двойными связями.

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Рис. 1: слева — насыщенная жирная кислота (пальмитиновая), справа — ненасыщенная (олеиновая)

Наиболее простыми липидами (жирами) являются эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, которые называются триацилглицеридами.

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Рис. 2

Большинство природных триацилглицеридов содержат две или более различающиеся жирные кислоты. В организме запасенные жиры откладываются в цитоплазме в виде капель; особенно много таких капель в клетках жировой ткани. Окисление жиров до углекислого газа и воды дает большое количество энергии (38,9 кДж/г); этим обусловлена их энергетическая функция.

Физические свойства жирных кислот и соединений, в которые они входят, зависят от длины цепи и степени ее ненасыщенности, т. е. от количества двойных связей. Чем более длинная цепь у жирной кислоты, тем хуже она растворяется в воде. В то же время температура плавления жирных кислот снижается с увеличением в них количества двойных связей. Жиры с ненасыщенными жирными кислотами при комнатной температуре обычно находятся в жидком состоянии. Таковы растительные жиры — масла.  Жиры с насыщенными жирными кислотами при комнатной температуре обычно находятся в твердом состоянии. Таковы животные жиры. Есть и исключения — так, масло какао при комнатной температуре твердое, а норковое масло — жидкое.

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Рис. 3

Основу биологических мембран составляют не жиры, а фосфолипиды. Это амфифильные молекулы, то есть молекулы, имеющие гидрофобную и гидрофильную части. Гидрофильная часть взаимодействует с водой, а гидрофобные «прячутся» от воды. В результате могут образовываться разные типы структур — мицеллы (их образуют молекулы мыла), липосомы и бислои — их образуют фосфолипиды. Липосомы можно получать искусственно и использовать для доставки лекарственных веществ в клетки организма.

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Рис. 4

Это также могут быть эфиры глицерина и жирных кислот, но в этом случае с жирными кислотами в молекуле глицерина связаны только две спиртовые группы, а третья образует эфирную связь с остатком фосфорной кислоты, к которой присоединяются некоторые гидрофильные группы.

Какое свойство липидов делает их важнейшими компонентами клеточных мембран

Рис. 5

Таким образом, в составе молекул всех фосфолипидов имеются гидрофобная (остатки жирных кислот) и гидрофильная (фосфорная кислота и присоединенные к ней группы) части, поэтому такие молекулы могут контактировать как с полярными, так и с неполярными растворителями (такие вещества называют амфифильными). Поскольку у большинства молекул фосфолипидов имеется гидрофильная голова и два гидрофобных хвоста, то их часто схематично представляют в виде кружка (гидрофильная часть) с двумя хвостами (гидрофобная часть). В воде и водных растворах фосфолипиды самопроизвольно формируют протяженные почти плоские двойные слои, в которых гидрофобные слои смотрят друг на друга, а гидрофильные головы – в водную среду. Такие слои являются основой всех биологических мембран (см. рис.). Таким образом, одной из основных функцией фосфолипидов является структурная функция — формирование биологических мембран.

К жироподобным веществам относятся воски, которые являются эфирами жирных кислот и многоатомных спиртов. У животных они вырабатываются кожными железами. Покрывая тонким слоем шерсть и перья, воски предохраняют их от намокания. Некоторые насекомые (пчелы) используют воски для постройки сот, в которых они хранят запасы пищи и выводят потомство. Соты, построенные из воска, полностью непроницаемы для воды. У растений воски создают защитный налет на листьях и плодах.

стероиды      

Особое место среди липидов занимают стероиды — полициклический спирт холестерол (чаще называемый холестерин) и его производные. Холестерин и его эфиры с жирными кислотами входят в состав биологических мембран клеток животных, придавая им определенную «жесткость» (структурная функция). У растений и грибов холестерин не встречается, его место у растений занимает стероид стигмастерол, а у грибов — эргостерол. Бактерии не синтезируют стероиды, хотя некоторые из них могут включать экзогенные (происходящие извне стероиды) в свои мембраны.

У животных  в корковом слое надпочечников из холестерина образуются стероидные гормоны. У животных в клетках печени из холестерина образуются желчные кислоты, которые в кишечнике обеспечивают образование из жиров эмульсии (мелких жировых капель), что необходимо для нормального переваривания жиров. К липидам относят также жирорастворимые витамины К, Е, D, A, обладающие высокой биологической активностью.

Функции липидов

Биологические функции липидов крайне разнообразны.

  1. Жиры и масла представляют собой форму, в которой сохраняется энергия во многих организмах, фосфолипиды и стероиды представляют собой основные структурные элементы биологических мембран.

  2. Стероидные гормоны выполняют регуляторную функцию.

  3. Хиноны в мембранах митохондрий и хлоропластов являются переносчиками электронов.

  4. Жирные кислоты являются эмульсифицирующими агентами (детергентами), которые эмульгируют жиры в пищеварительной системе.

  5. В сетчатке глаза ретиналь (липид, производное витамина А) играет роль светопоглощающего пигмента и принимает участие в передаче сигнала.

  6. Освобождаемое при окислении жиров большое количество воды (при сжигании 1 г жира образуется 1,1 г воды) используется животными пустынь (верблюды) или впадающими в зимнюю спячку (сурки, суслики) для нужд метаболизма, поэтому эти животные могут длительное время обходиться без воды, используя свои жировые запасы. Таким образом, жиры могут служить также источником воды.

  7.  Теплоизоляционная функция: у животных нейтральные жиры откладываются в основном в подкожной клетчатке, где создают хороший теплоизоляционный слой, особенно развитый у морских млекопитающих — китообразных и ластоногих.

  8. Откладываясь в полости тела вокруг внутренних органов (например, вокруг почек), жировая подушка защищает их от механических повреждений при движении, прыжках, ударах и т. д. (защитная функция).

  9. Жирорастворимые витамины К, Е, D и А играют важные метаболические функции:

    • витамин К необходим для свертывания крови;

    • витамин Е играет функцию мембранного антиоксиданта и важен для размножения животных;

    • витамин D необходим для минерализации костей (при его недостатке в детском возрасте возникает рахит — нарушение развития скелета);

    • витамин А — предшественник ретиналя, компонента зрительного пигмента глаз.

Источник

Мембранные липиды – это амфипатические
молекулы, самопроизвольно формирующие бислои. Липиды нерастворимы в воде,
однако легко растворяются в органических растворителях. В большинстве животных
клеток они составляют около 5О% массы плазматической мембраны. В участке
липидного бислоя размером 1 х 1 мкм находится приблизительно 5 х 1ОО тыс.
молекул липидов. Следовательно плазматическая мембрана небольшой животной
клетки содержит примерно 1О липидных молекул. В клеточной мембране присутствуют
липиды трех главных типов:

Читайте также:  Какое свойство имеет угль

1) фосфолипиды (наиболее распространенный тип);

2) холестерол и

3) гликолипиды .

Все они представляют собой
амфипатические молекулы, т.е. у них есть гидрофильный и гидрофобный концы.

Основная часть липидов
в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином.

Липиды мембран имеют в
структуре две различные части: неполярный гидрофобный “хвост” и
полярную гидрофильную “голову”. Такую двойственную природу соединений
называют амфифильной. Липиды мембран образуют двухслойную структуру. Каждый
слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что неполярные
гидрофобные “хвосты” молекул находятся в тесном контакте друг с
другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия
имеют нековалентный характер. Два монослоя ориентируются “хвост к
хвосту” так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю
неполярную часть и две полярные поверхности.

Белки мембран включены
в липидный двойной слой двумя способами:

1.    
связаны с гидрофильной поверхностью липидного бислоя – поверхностные
мембранные белки погружены в гидрофобную область бислоя – интегральные
мембранные белки;

2.    
поверхностные белки своими гидрофильными радикалами аминокислот связаны нековалентными
связями с гидрофильными группами липидного бислоя. Интегральные белки
различаются по степени погруженности в гидрофобную часть бислоя. Они могут
располагаться по обеим сторонам мембраны и либо частично погружаются в
мембрану, либо прошивают мембрану насквозь. Погруженная часть интегральных
белков содержит большое количество аминокислот с гидрофобными радикалами,
которые обеспечивают гидрофобное взаимодействие с липидами мембран. Гидрофобные
взаимодействия поддерживают определенную ориентацию белков в мембране.
Гидрофильная выступающая часть белка не может переместиться в гидрофобный слой.
Часть мембранных белков ковалентно связаны с моносахаридными остатками или
олигосахаридными цепями и представляют собой гликопротеины.

Важнейшее из свойств липидного бислоя – это текучесть .То, что отдельные молекулы липидов
способны свободно диффундировать в пределах липидного бислоя, стало впервые
известно в начале 197О-х годов. Первоначально это было показано на
искусственных липидных бислоях. Для экспериментальных исследований оказались
полезными искусственные мембраны двух типов:

1) липосомы ,
имеющие форму сферических пузырьков, диаметром от 25 до 1 мкм в зависимости от
способа их получения, и

2) плоские бислои, называемые черными мембранами ,
закрывающие отверстие в перегородке между двумя отделениями сосуда,
заполненными водой.

    Поведение липидных молекул в клеточных мембранах в
основном сходно с поведением этих молекул в искусственных бислоях: липидный
компонент биологической мембраны представляет собой двумерную жидкость, в
которой отдельные молекулы липидов быстро перемещаются, но только в пределах
своего монослоя.

    Другим фактором помимо
температуры, определяющий текучесть мембраны,
являетсяхолестерол.
О том, что определенная текучесть мембраны имеет важное биологическое значение
свидетельствует факт, что бактерии, дрожжи и другие пойкилотермные организмы
изменяют жирнокислотный состав своих плазматических мембран таким образом,
чтобы текучесть мембраны оставалась примерно постоянной.

    Текучая структура липидного
бислоя дает возможность мембранным белкам быстро диффундировать и взаимодействовать между собой,
обеспечивает простой способ распространения мембранных компонентов от мест, где
они вошли в состав бислоя после того, как были синтезированы, в другие области
клетки. Текучесть позволяет мембранам сливаться друг с другом, причем
способность к регуляции их проницаемости не утрачивается.

От Наташи:

Общие принципы организации бислоя: Неполярные хвосты направлены внутрь мембраны и
высокоупорядочены. Полярные головки расположены в плоскости мембраны и могут
образовывать водородные связи. Хвосты фосфолипидов имеют два хвоста (похоже на цилиндр).
Присутствие молекул с одним хвостом (лизолецитин), имеющих в пространстве
форму, близкую к конусу, разрушает клеточные мембраны. Фосфолипидные молекулы,
лишенные одного из хвостов, образуют поры в бислойной мембране, т.е. нарушается
барьерная функция мембран.

Ацильные цепи расположены под некоторым углом к полярным
головкам.

Микровязкость мембраны у концов
липидных хвостов меньше, чем около полярных голов, высокая подвижность липидных
молекул обусловливает латеральную
(боковую) диффузию– это хаотическое тепловое перемещение молекул липидов
и белков в плоскости мембраны. Рядом расположенные молекулы липидов скачком
меняются местами и вследствие таких последовательных перескоков из одного места
в другое молекула перемещается вдоль поверхности мембраны. Среднее квадратичное
перемещение за секунду фосфолипидной молекулы по поверхности мембраны
эритроцита – 5 мкм, что сравнимо с размерами клеток. Таким образом, за секунду
молекула может обежать всю поверхность небольшой клетки. Частота перескоков- n = 3 ´ 107 с-1. Каждая молекула, таким образом, в
среднем претерпевает десятки миллионов перестановок в плоскости мембраны за
секунду, то есть характерное время одного перескока i= 10-7 – 10-8 с.

Флип-флоп – это диффузия молекул
мембранных фосфолипидов поперек мембраны.

Перескоки молекул с одной поверхности бис-лоя на другую
совершаются значительно медленнее Т ~ 1 час.

Сочетание быстрой диффузии молекул вдоль мембраны и очень
медленной диффузии поперек мембраны имеет большое значение для функционирования
мембран, а именно для матричной функции мембраны. Благодаря затрудненному
переходу поперек мембраны поддерживается упорядоченность в молекулярной
структуре мембраны, ее анизотропия, асимметрия (относительно плоскости мембраны)
расположения липидных и белковых молекул, определенная ориентация
белков-ферментов поперек мембраны. Это имеет большое значение, например, для
направленного переноса веществ через мембрану.

Фазовые переходы липидов. Липидная
мембрана представляет собой динамическую структуру, строение бислоя может
меняться в течении жизни или при изменении физических условий. Фазовые переходы
мембраны происходят между двумя состояниями: Гель и Жидкий кристалл.

1.                    
Гель:

·                       
Все Ацильные цепи полностью имеют
транс-конформацию и вытянуты параллельно друг другу.

·                       
Толщина мембраны больше.

·                       
Площадь, приходящаяся на 1 молекулу
меньше.

·                       
Мембрана в целом более компактна.

2.                    
Жидкий Кристалл:

·                       
Часто встречаются транс-гош-переходы,
кинки.

·                       
Толщина мембраны меньше.

·                       
Площадь, приходящаяся на 1 молекулу
больше.

·                       
Упорядоченность и компактность меньше,
Энтропия системы больше.

Читайте также:  Какое свойство характерно для воды вода хороший

Переход между этими двумя фазами
является переходом 1 рода.

В матриксе одной фазы может
существовать большое количество микроскопических доменов другой фазы.

Фазовые
переходы происходят при определённой температуре, зависящей от состава липидов.
от -20
°С (для мембран из ненасыщенных липидов) до +60 °С (для насыщенных липидов). Также, чем
больше ненасыщенность связей, тем меньше плотность упаковки мембраны и больше
проницаемость мембраны.

При
фазовом переходе может происходить увеличение пассивной проводимости мембраны,
связанное с образованием каналов на границе участков мембраны, имеющих разное
фазовое состояние. Этот процесс лежит в основе терморецепции и хеморецепции.

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 октября 2020; проверки требуют 5 правок.

У этого термина существуют и другие значения, см. Мембрана.

Модель клеточной мембраны. Маленькие голубые и белые шарики — гидрофильные «головки» фосфолипидов, а присоединённые к ним линии — гидрофобные «хвосты». На рисунке показаны только интегральные мембранные белки (красные глобулы и жёлтые спирали). Жёлтые овальные точки внутри мембраны — молекулы холестерина. Жёлто-зелёные цепочки бусинок на наружной стороне мембраны — цепочки олигосахаридов, формирующие гликокаликс

Кле́точная мембра́на (также цитолемма, плазмалемма, или плазматическая мембрана) — эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов. Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулирует обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды.

Основные сведения[править | править код]

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных, бактериальных и грибных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») части. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7—8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погружённые одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

История исследования[править | править код]

В 1925 году Эверт Гортер[nl] и Франсуа Грендель (1897—1969) с помощью осмотического «удара» получили так называемые «тени» эритроцитов — их пустые оболочки. Тени сложили в стопку и определили площадь их поверхности. Затем с помощью ацетона выделили из оболочек липиды и определили количество липидов на единицу площади эритроцита — этого количества хватило на сплошной двойной слой. Хотя этот эксперимент привёл исследователей к правильному выводу, ими было допущено несколько грубых ошибок — во-первых, с помощью ацетона нельзя выделить абсолютно все липиды, а во-вторых, площадь поверхности была определена неправильно, по сухому весу. В данном случае минус на минус дал плюс, соотношение определяемых показателей случайно оказалось верным и был открыт липидный бислой.

Эксперименты с искусственными билипидными плёнками показали, что они обладают высоким поверхностным натяжением, гораздо большим, чем в клеточных мембранах. То есть в них содержится что-то, что снижает натяжение — белки. В 1935 году Джеймс Даниэлли[en] и Хью Даусон[en] представили научному сообществу модель «сендвича», которая говорит о том, что в основе мембраны лежит липидный бислой, по обеим сторонам от которого находятся сплошные слои белков, внутри бислоя ничего нет. Первые электронно-микроскопические исследования 1950-х годов подтвердили эту теорию — на микрофотографиях были видны 2 электронно-плотных слоя — белковые молекулы и головки липидов и один электронно-прозрачный слой между ними — хвосты липидов. Дж. Робертсон сформулировал в 1960 году теорию унитарной биологической мембраны, в которой постулировалось трёхслойное строение всех клеточных мембран.

Но постепенно накапливались аргументы против «бутербродной модели»:

  • накапливались сведения о глобулярности плазматической мембраны;
  • оказалось, что структура мембраны при электронной микроскопии зависит от способа её фиксации;
  • плазматическая мембрана может различаться по структуре даже в одной клетке, например в головке, шейке и хвосте сперматозоида;
  • «бутербродная» модель термодинамически не выгодна — для поддержания такой структуры нужно затрачивать большое количество энергии, и протащить вещество через мембрану очень сложно;
  • количество белков, связанных с мембраной электростатически, очень небольшое, в основном белки очень тяжело выделить из мембраны, так как они погружены в неё.

Всё это привело к созданию в 1972 году С. Дж. Сингером[en] и Г. Л. Николсоном[en] жидкостно-мозаичной модели строения мембраны. Согласно этой модели белки в мембране не образуют сплошной слой на поверхности, а делятся на интегральные, полуинтегральные и периферические. Периферические белки действительно находятся на поверхности мембраны и связаны с полярными головками мембранных липидов электростатичесткими взаимодействиями, но никогда не образуют сплошной слой. Доказательствами жидкостности мембраны служат методы FRAP, FLIP и соматическая гибридизация клеток, мозаичности — метод замораживания-скалывания, при котором на сколе мембраны видны бугорки и ямки, так как белки не расщепляются, а целиком отходят в один из слоёв мембраны.

Функции[править | править код]

  • Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой[1]. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.
  • Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки[1]. Транспорт через мембрану обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.
    Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортёры) и белки-каналы или путём эндоцитоза.
    При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии так как происходит перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой, то есть против градиента концентрации (градиент концентрации указывает направление увеличения концентрации) путём диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.
    Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит перенос веществ из области низкой концентрации в область высокой, то есть по градиенту концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивает из неё ионы натрия (Na+).
  • Матричная — обеспечивает определённое взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
  • Механическая — обеспечивает автономность клетки, её внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечении механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.
  • Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки.
  • Рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
    Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.
  • Ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.
  • Осуществление генерации и проведения биопотенциалов.
    С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.
  • Маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединёнными к ним разветвлёнными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.
Читайте также:  Какие свойства экваториальных воздушных масс

Структура и состав биомембран[править | править код]

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку.

Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются. Рядом с белками находятся аннулярные липиды — они более упорядочены, менее подвижны, имеют в составе более насыщенные жирные кислоты и выделяются из мембраны вместе с белком. Без аннулярных липидов белки мембраны не работают.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, в наружном содержатся преимущественно фосфатидилинозитол, фосфатидилхолин, сфингомиелины и гликолипиды, во внутреннем — фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилинозитол. Переход отдельной молекулы из одного слоя в другой затруднён, но может происходить спонтанно, примерно раз в 6 месяцев или с помощью белков-флиппаз и скрамблазы плазматической мембраны. Если в наружном слое появляется фосфатидилсерин, это является сигналом для макрофагов о необходимости уничтожения клетки.

Мембранные органеллы[править | править код]

Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Избирательная проницаемость[править | править код]

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

См. также[править | править код]

  • Липиды
  • Внешняя бактериальная мембрана

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Твердислов В. А., Яковенко Л. В. Физика биологических мембран // Школьникам о современной физике. Акустика. Теория относительности. Биофизика. – М., Просвещение, 1990. -ISBN 5-09-001323-3. – Тираж 200 000 экз. – С. 131-158

Литература[править | править код]

  • Антонов В. Ф., Смирнова Е. Н., Шевченко Е. В. Липидные мембраны при фазовых превращениях / РАН, Моск. о-во испытателей природы. — М.: Наука, 1992. — 136 с. — ISBN 5-02-004090-8.
  • Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции: перевод с англ. = Biomembranes. Molecular structure and function (by Robert B. Gennis). — 1-е изд. — М.: Мир, 1997. — ISBN 5-03-002419-0.
  • Ивков В. Г., Берестовский Т. Н. Липидный бислой биологических мембран / Отв. ред. чл.-корр. АН СССР Л. Д. Бергельсон; Институт биологической физики АН СССР. — М.: Наука, 1982. — 224 с. — (Теоретическая и прикладная биофизика).
  • Рубин А. Б. Биофизика, учебник в 2 тт. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. — ISBN 5-211-06109-8.
  • Bruce Alberts, et al. Molecular Biology Of The Cell. — 5th ed. — New York: Garland Science, 2007. — ISBN 0-8153-3218-1. — учебник по молекулярной биологии на английском языке

Ссылки[править | править код]

  • Владимиров Ю. А., Повреждение компонентов биологических мембран при патологических процессах

Источник