✅Будова і властивості елементарної мембрани

Кожна клітина, незалежно від походження, має структуру, яка служить їй кордоном, – плазматичну мембрану. Цей термін має багато синонімів. Плазматичну мембрану називають також:

  • цитоплазматичною мембраною;
  • клітинною мембраною;
  • плазмалемою.

Товщина плазматичної мембрани 8-10 нм, і під електронним мікроскопом вона виявляється у вигляді тонкої лінії. Під світловим мікроскопом кордону клітин зазвичай представлені більш об’ємною структурою: плазматичною мембраною і клітинною оболонкою, розташованої поверх плазматичної мембрани.

У цитоплазмі еукаріотичної клітини більшість органоїдів також оточені мембраною.

Серед них можна відзначити:

  • цистерни ендоплазматичної (ЕПР);
  • апарат Ґольджі;
  • лізосоми;
  • пероксисоми;
  • вакуолі.

Деякі органели мають дві мембрани, це мітохондрії, хлоропласти та інші пластиди.

Принцип організації всіх мембран клітини однаковий, проте кожен тип мембран має свої особливості. Описуючи організацію мембран, їх хімічний склад, зручніше розглядати насамперед загальні риси будови для всіх мембран. Таку узагальнену мембрану будемо називати «елементарна мембрана».

Якщо дивитися на мембрану зверху, то вона має мозаїчну будову: в ліпідні поля включені молекули білка. На поперечному зрізі мембрани виявляється подвійний шар дуже правильно орієнтованих ліпідних молекул, в який занурені молекули білка. Велика частина білків занурена в ліпідний бішар перпендикулярно цьому шару. В середньому на одну молекулу білка припадає 50 молекул ліпідів.

У ваговому співвідношенні на ліпіди припадає трохи більше 50%, на білки дещо менше. Подвійний шар ліпідів забезпечує бар’єрні функції мембрани.

До ліпідів відноситься велика група органічних сполук, нерозчинних у воді і добре розчинних в органічних розчинниках і жирах. Найбільш типовими ліпідами мембран є фосфоліпіди, які утворюються на основі триатомного спирту – гліцерину. Фосфоліпіди являють собою складні ефіри гліцерину з двома жирними кислотами і фосфорною кислотою.

Характерною особливістю молекул фосфоліпідів та інших ліпідів є наявність полярно зарядженої головки, яка відповідає залишку фосфорної кислоти, і двох довгих неполярних хвостів, утворених залишками жирних кислот. Велика частина полярних ліпідів мають схожу будову з невеликими нюансами. Полярна головка є гідрофільною, що означає «люблю воду».

Довгі неполярні хвости – гідрофобні, що означає «боюся води». Спонтанні взаємодії ліпідних молекул на межі розділу водного середовища при високій їх концентрації призводять до утворення двослойної мембрани, в якій хвости ліпідів звернені всередину, уникаючи контакту з водою, а головки орієнтовані назовні, прагнучи до контакту з молекулами води. Подвійні ліпідні шари можуть замикатися на себе, утворюючи відсіки, що іноді спостерігається при відновленні пошкодженої мембрани.

Ліпіди – рухливі молекули, активно переміщаються в своєму шарі зі швидкістю до 2 мкм в секунду. Крім того, вони можуть обертатися навколо своєї осі. Рухливість ліпідів забезпечується дуже важливою властивістю мембрани – плинністю.

Завдяки плинності мембрана рухлива, легко утворює вирости і врости, що має велике значення при поглинанні високомолекулярних сполук з поверхні мембрани і при виведенні секретується речовин у зовнішнє середовище.

Молекули ліпідів у складі мембрани щільно прилягають один до одного своїми голівками, створюючи бар’єр для багатьох молекул. Через подвійний шар ліпідів вільно проходять тільки невеликі молекули води і гази:

  • O2;
  • CO2;
  • N2.

Для позитивно і негативно заряджених іонів натрію, калію, кальцію, хлору (Na +, K +, Ca2 +, Cl -) і ін. Подвійний ліпідний шар служить бар’єром. Вільно проходять через подвійний шар ліпідів молекули, розчинні в жирах, наприклад етиловий спирт, жиророзчинні вітаміни.

Така властивість мембрани, коли одні з’єднання проходять через неї, а інші – ні, називається напівпроникливості. Цією властивістю володіють всі біомембрани.

Ліпідам притаманні властивості діелектрика, завдяки чому на поверхні мембрани завжди існує різниця потенціалів. Зовнішня поверхня клітинної мембрани завжди несе позитивний заряд, а внутрішня – негативний. Різниця потенціалів має хімічну природу, і визначається концентрацією позитивних і негативних іонів поблизу мембрани з однієї й іншої сторони.

Наявність різниці потенціалів на поверхні клітин має велике значення для їх функціонування. Зокрема, проведення нервового імпульсу пов’язано з деполяризацією мембрани нейронів. У мембранах органел цитоплазми присутні ферменти, активність яких змінюється при досягненні певної величини різниці потенціалів.

Прикладом таких ферментів є АТФ-синтетазної комплекси, розташовані в мембранах крист мітохондрій і тілакоїдних мембранах хлоропластів. Деякі види пластинозяберних риб – скати – мають з боків тіла електричні органи, які генерують досить потужні електричні заряди.

У складі мембран, крім ліпідів, присутні білки, які можуть займати трансмембранне положення, пронизуючи два шари ліпідів, або розташовуватися в одному з шарів. Крім того, молекули білка можуть прилягати до ліпідної мембрани зсередини клітини, з боку цитоплазми, з’єднуючись з іншими компонентами мембрани. Такі периферичні білкові структури зазвичай служать для контакту з нитками цитоскелету. Наявність взаємозв’язку мембрани з цитоскелетом робить її менш текучої, більш стабільною.

Білки в складі мембран виконують безліч функцій. Насамперед, це транспортна функція. Заряджені іони і невеликі молекули можуть проходити через мембрану за допомогою транспортних білків. Наприклад, транспортні білки можуть мати канали певного діаметра.

Транспорт може здійснюватися двома способами: за градієнтом концентрації, з місця з високою концентрацією в локальне місце з низькою концентрацією, і навпаки, проти градієнта концентрації. Наприклад, концентрація іонів К+ всередині еритроцита майже в 30 разів вище, ніж у плазмі крові.

Відповідно, за градієнтом концентрації іони калію могли б виходити в плазму крові, і поступово концентрація цих іонів всередині і зовні клітини стала б однаковою. Однак цього в живій клітині не відбувається, оскільки транспортні білки здійснюють транспорт К+ проти градієнта концентрації.

Це стосується не тільки іонів калію, а й інших іонів, а також невеликих органічних молекул. На транспорт молекул проти градієнта концентрації потрібні великі енергетичні витрати.

Більше ніж 80% молекул АТФ витрачається на виконання транспортних функцій в клітці. Завдяки роботі транспортних білків, що здійснюють транспорт проти градієнта концентрації, підтримується гомеостаз клітини і внутрішнього середовища окремих органоїдів.

Багато білки, інтегровані в мембрану, входять до складу рецепторів. Рецептори – це структури мембран, які можуть сприймати сигнал із зовнішнього або внутрішнього середовища клітини і реагувати на цей сигнал зміною своєї просторової структури, що призводить до локальних змін функції мембрани.

Рецептори присутні не тільки в плазматичній мембрані, де вони сприймають сигнал із середовища, що оточує клітину, а й в мембрані органоїдів. Наприклад, в мембрані ЕПР є рецептори, що забезпечують взаємозв’язок рибосоми з мембраною.

Таким чином, будова елементарної мембрани описується у вигляді білково-ліпідної мозаїки, де ліпіди утворюють двошарову структуру. Саме ліпіди забезпечують бар’єрну функцію всіх мембран.

Питання

  • Що таке елементарна мембрана?
  • Назвіть основні компоненти елементарної мембрани і їх функції.
  • Що таке рецептори мембран? У чому їх значення?
  • Які властивості мембрани забезпечують розповсюдження нервового імпульсу вздовж нейрона?
  • З чим пов’язана плинність мембрани?
Посилання на основну публікацію