КЛІТИННИХ МЕМБРАН

І МОЛЕКУЛЯРНА ОРГАНІЗАЦІЯ

ХІМІЧНИЙ СКЛАД

Згадаєте! Що таке клітинної мембрани?

Об'н^т у'арак. т?г»иртика клітинних мембран. Всі клітини сформовані системою мембран (від лат. мембрана — шкірочка, плівка), що забезпечують взаємодію клітин між собою й навколишнім середовищем.

Клітини эукариот обмежені плазматичною мембраною. Як ви вже знаєте, внутрішнє середовище клітин эукариот розділені на окремі функціональні ділянки. Уважають, що це обумовлено системою додаткових мембран, необхідних для розміщення певних структур (ферментів, рибосом, пігментів і ін.), а також поділу різних процесів обміну речовин і енергії, захисту від дії власних гидролитических ферментів клітини й іншого.

У біологічних мембранах відбуваються процеси, пов'язані зі сприйняттям інформації, що надходить із навколишнього середовища, формуванням і передачею збудження, перетворенням енергії, явищами імунітету й інших проявів життєдіяльності клітин, органів і організму в цілому.

Хімічний склад мембран. Методами світлової й електронної мікроскопії в клітинах виявлені різноманітні мембранні структури. Всі вони мають подібний хімічний склад і особливості організації. Однак залежно від типу мембран і їхніх функцій співвідношення хімічних компонентів і деталі будови можуть відрізнятися.

Мембрани складаються з ліпідів, білків і вуглеводів (мал. 12). Ліпіди становлять у середньому 40% сухої маси мембран. Серед них переважають фосфоліпіди (до 80%).

Основним функціональним компонентом біологічних мембран є білки, що проявляють свою активність тільки в комплексі з ліпідами. Поверхневі білки (близько 30% загальної кількості мембранних білків) розташовані на зовнішній і внутрішній поверхнях мембран і пов'язані з останніми електростатичними силами безпосередньо або через двовалентні катіони, в основному Са²⁺ і Mg²⁺. Вони відносно легко відділяються від мембран після руйнування клітин.

Внутрішні білки (майже 70% загальної кількості мембранних білків) занурені в подвійний шар ліпідів на різну глибину, а деякі з них пронизують мембрану наскрізь, зв'язуючи обидві її поверхні.

Вуглеводи входять до складу мембран не самостійно, а тільки у вигляді комплексів з білками або ліпідами.

організація біологічних мембран.Нині загальноприйнятої вважається рідинно-мозаїчна модель будови мембран (мал. 12). Така назва пов'язане з тим, що приблизно 30% ліпідів мембран міцно пов'язане із внутрішніми білками, а інша їхня частина перебуває в рідкому стані, де «плавають» липопротеи-ды. Молекули ліпідів розташовуються у вигляді подвійного шару, їх полярні гідрофільні «голівки» звернені до зовнішньої й внутрішньої сторін мембрани, а гідрофобні неполярні «хвости» - усередину мембрани. Тому якщо подивитися на мембрану зверху, те вона нагадує мозаїку, створену полярними «голівками» ліпідів, поверхневими й внутрішніми білками.

Товщина мембран варіює в досить широких межах (від одиниць до десятка нанометрів) залежно від їхнього типу. Між молекулами білків або їхніх частин часто є пори (канали). Молекули, що входять до складу мембран, здатні переміщатися, завдяки чому при незначних ушкодженнях мембрани вона швидко відновлює свою цілісність.

Плазматическая мембрана і її функції. Плазматична мембрана обмежує цитоплазму й захищає неї від зовнішніх впливів, бере участь у процесах обміну з навколишнім середовищем. Вона утворить вирости, випинання, мікроворсинки, що значно збільшують поверхня клітини. У плазматичній мембрані розташовані деякі ферменти, необхідні для обміну речовин. Мембрана здатна до хвилеподібного руху. Її поверхня неоднорідна, тому різні її ділянки мають різні фізіологічні властивості. Плазматична мембрана визначає розміри клітин, вона міцна й еластична.

Речовини, необхідні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну переносяться через мембрану за рахунок дифузії, пасивного й активного транспорту.

Дифузія - це тепловий хаотичний рух часточок, завдяки якому речовини проникають через мембрану без витрати енергії по градієнті концентрації.

Пасивний транспорт забезпечує виборче проникнення речовин через мембрани. Для нього, як і для дифузії, характерне переміщення речовин по градієнті концентрації. Існує кілька механізмів пасивного транспорту: за участю рухливих мембранних білків-переносників; у результаті зміни конфігурації внутрішніх білків, що пронизують мембрану; через пори в мембрані. Пасивний транспорт, як і дифузія, триває доти, поки не выравнятся концентрації речовин по обох сторони мембрани.

Активней транспорт - це транспорт речовин через біологічні мембрани проти градієнта концентрації з використанням енергії. Її джерелом може бути енергія, що звільняється при розщепленні молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоти). •

На перенос речовин через плазматичну мембрану також впливає різниця концентрацій іонів калію й натрію у внутрішнім і зовнішнім середовищі клітини. Цей механізм назвали калієво-натрієвим насосом. Концентрація іонів калію усередині клітини вище, ніж зовні, а іонів натрію - навпаки. Завдяки цьому виникає градієнт концентрації цих іонів, внаслідок чого іони натрію направляються в клітину, а іони калію - з її. Однак концентрація цих іонів у живій клітині й поза її ніколи не вирівнюється, оскільки існує особливий механізм-, завдяки якому іони натрію «откачиваются» із клітини, а іони калію «накачуються» у неї. На цей процес затрачається енергія АТФ. Біологічне значення механізму калієво-натрієвого насоса велико, тому що завдяки йому енергетично сприятливе (тобто по градієнті концентрації) переміщення іонів натрію в клітину полегшує енергетично несприятливий (проти градієнта концентрації) транспорт низькомолекулярних з'єднань (глюкози, амінокислот і ін.).

Процеси дифузії, пасивного й активного транспорту властиві всім типам біологічних мембран.

Існує ще один механізм транспорту макромолекул через мембрани, що називається цитозом. У ході цього процесу від плазматичної мембрани усередину клітини отшнуровуют-ся пухирці діаметром 0,01-2,0 мкм. У цих мембранних утвореннях розміщається речовина, яких необхідно перенести. Розрізняють два основних види цитоза: фаго-и пиноцитоз {мал. 13).

Фагоцитоз (від греч. фагос - пожирати й китос - клітина) - активне поглинання мікроскопічних твердих об'єктів (часточок органічних речовин, дрібних клітин і ін.) за допомогою поза-

шних виростів - ложноножек (псевдоподий). Фагоцитоз спостерігається лише в клітинах одноклітинних і багатоклітинних тварин, які, на відміну від клітин прокаріот, рослин і грибів, позбавлені щільної клітинної стінки. Шляхом фагоцитозу захоплюють їжу одноклітинні (напр., амеби, форамініфери) і деякі клітини багатоклітинних (травні клітини гідри) тварин. Спеціалізовані клітини багатоклітинних тварин за допомогою фагоцитозу виконують захисну функцію (напр., лімфоцити хребетних). Явище фагоцитозу відкрив в 1882 р. український учений И. И. Мечников (мал. 1).

Процес фагоцитозу відбувається в кілька етапів. Спочатку клітина зближається із захоплюваним об'єктом. Під час їхнього безпосереднього контакту плазматична мембрана клітини обволікає об'єкт і проштовхує його в цитоплазму. При цьому утвориться фагосома (напр., травна вакуоль) - мікропухирець, покритий мембраною. До неї підходять лизосомы, що містять гидролитические ферменти. Ці ферменти переварюють об'єкт, а нерозщеплені залишки виводяться із клітини.

Пиноцитоз (від греч. пино - п'ю) - це процес захоплювання й поглинання клітиною рідини разом з розчиненими в ній речовинами. Процес пиноцитоза подібний до фагоцитозу, але відбувається в основному за рахунок впячивания мембрани.

Тільки поглинанням і виділенням із клітини речовин функції плазматичної мембрани не обмежуються. Мембранам властива ферментативна активність: вони містять деякі ферменти, що приймають участь у регуляції обміну речовин і енергії. Деякі мембранні білки - антитіла -виконують захисну функцію, оскільки здатні зв'язувати антигени, (мікроорганізми й речовини, які клітина сприймає як чужорідні) і цим самої запобігають їхнє проникнення в клітину. Таким чином, плазматична мембрана є ще й одним з ланок здійснення захисних реакцій організму (імунітету).

У плазматичну мембрану убудовані білки, здатні у відповідь на дію різних факторів навколишнього середовища змінювати свою просторову структуру й у такий спосіб передавати сигнали усередину клітини (сигнальні білки). Отже, плазматична мембрана забезпечує подразливість організмів (здатність сприймати подразники й певним чином реагувати на них), здійснює обмін інформацією між клітиною й навколишнім середовищем.

Мембрани відіграють важливу роль і у взаємоперетвореннях різних форм енергії: механічної (напр., рух жгутиков, ресничек), електричної (напр., формування нервового імпульсу), хімічної (напр., синтез АТФ).

Плазматичні мембрани забезпечують міжклітинні контакти в багатоклітинних організмах. Так, у місці з'єднання

двох тваринних клітин мембрана кожної з них здатна утворювати складки або вирости, що забезпечують з'єднанню особливу міцність. Клітини рослин з'єднані між собою завдяки утворенню мікроскопічних міжклітинних канальцев, покритих мембраною й заповнених цитоплазмою. Плазматичні мембрани приймають також участь у росту, розподілі клітин і ін. процесах.