Лекция 11. Одним из фундаментальных свойств живых систем является их способность к обмену веществами и энергией с окружающей средой

Одним из фундаментальных свойств живых систем является их способность к обмену веществами и энергией с окружающей средой. Это приводит к возникновению разности концентраций веществ в внутриклеточном пространстве и внеклеточном пространстве, окружающем живую систему. Эта разность лежит в основе ряда жизненных процессов. Различие в концентрациях может поддерживаться лишь при условии, что клетки отделены от окружающей среды мембранами с различной степенью проницаемости для разных веществ.

Отделение клетки от окружающей среды не единственная функция мембран. Мембраны создают также архитектуру органелл клетки и, следовательно, лежат в основе их физиологических функций. В некоторых случаях мембраны составляют до 80% общей массы сухих компонентов клетки. Состав мембран зависит от их типа и функции, однако во всех случаях их основными составляющими являются липиды и белки, соотношение между которыми колеблется в пределах от 0,4 до 2,5. Толщина мембраны обычно составляет 4-10 нм.

Белковые компоненты мембран состоят из молекул с молекулярной массой от 5000 до 250000. Липидная полость состоит в основном из фосфолипидов, сфинголипидов и стероидов. В мембранах животных клеток свыше 50% липидных компонентов составляют глицерофосфолипиды (лецитин, кефалин и др.), сфинголипиды, гликолипиды и триацилглицерины.

Структурная организация мембран до сих пор до конца не ясна. Электрономикроскопические исследова­ния показывают наличие трех слоев, из которых два внешних поглощают электроны, а третий, внутренний, 1егко их пропускает. Структура мембран и расположение в них различного рода компонентов описываются моделей.

Модель элементарной мембраны представляет мембрану как два белковых слоя различного состава, пере­межающихся внутренним слоем липидов. Внешний белковый слой содержит мукопротеиды, а внутренний образуется из глобулярных белков, обладающих ферментативной активностью.

Модель глобулярных субъединиц рассматривает мембрану как состоящую из липидных глобул, окру­женных белковой оболочкой. При этом образуются почти цилиндрические мицеллы, объединяющиеся в плоские, круглые или трубчатые образования. Между субъединицами могут находиться тончайшие поры, через которые легко проникают низкомолекулярные вещества. Конформационные изменения белков, окружающих эти поры, оказывают существенное влияние на их проницаемость.

Принятая в настоящее время жидкостно-мозаичная модель заключается в том, что мембраны образуются из липидного двойного слоя, покрытого периферическими белками, которые легко отделяются от липидов. В липидный двойной слой также включаются белки, полностью или частично погруженные в него и получив­шие название интегральных белков. Эти белки имеют двойственную природу, причем спиральные участки, пронизывающие липидный слой, состоят из алифатических (липофильных) аминокислот, в то время как их наружные концы гидрофильны и могут быть связаны с остатками Сахаров (терминальный остаток -14-ацетил-нейраминовая кислота). Таким образом, они принимают участие в образовании полисахаридной оболочки гликокаликса) некоторых клеток. Кроме того, эти части структур несут отрицательные заряды и могут уча­ствовать в контактном ингибировании.

Основные функции клеточных мембран заключаются в отделении клеток от межклеточной жидкости, созда­нии внутренней архитектуры клетки, в поддержании градиента концентраций и электрохимического градиен­та, в осуществлении переноса питательных веществ и продуктов жизнедеятельности, они являются носителя­ми поверхностных антигенов, в них возникают и через них передаются нервные импульсы, а также осуществляются многие другие процессы. Проницаемость мембран для различных веществ зависит как от свойств молекул этих веществ, так и от характеристики мембран. В зависимости от того, требует ли перенос вещества через мембрану затраты дополнительной энергии, эти процессы могут быть разделены на пассивный и активный транспорт.

Дата добавления: 2014-01-07