Оглавление

Биология Лекции ИД Равновесие
Биология Лекции ИД Равновесие

Вопрос 17. Мембраны, их молекулярная структура

1. Виды и функции мембран Протоплазма ограничена наружной мембраной - плазмолеммой и содержит систему внутренних мембран (эндомембран).
Клеточное ядро, митохондрии и пластиды тоже имеют внутренние двойные мембраны.
Толщина мембраны чаще всего составляет 6-12 нм.
Функции мембран:

  • ограничивают замкнутые объемы различной величины и формы (пузырьки, уплощенные полости или целые клетки), создавая препятствие для диффузии. Образуются отдельные реакционные объемы (компартменты);

  • избирательно пропускают некоторые вещества и активно накачивают другие, что связано с затратой энергии.

    • Каждая мембрана отделяет протоплазматическое пространство от неплазматического:

  • плазмолемма - от окружающей клетку среды;

  • мембраны пузырьков - от неплазматического содержимого этих пузырьков;

  • обе мембраны ядерной оболочки - от неплазматического пространства, находящегося между ними.

    • Мембраны (за исключением мембран митохондрий и пластид) используются в процессах онтогенеза и могут превращаться друг в друга (течение мембран). Например, из эндоплазматического ретикулума образуются мембраны аппарата Гольджи, а последние служат материалом для регенерации плазмолеммы.

    2. Состав и структура мембраны Мембраны представляют собой двумерные жидкокристаллические растворы глобулярных белков в липидах. Структурную основу мембран составляют:

  • липиды, среди которых преобладают фосфолипиды (например, лецитин), а в мембранах пластид - гликолипиды;

  • белки, которые в мембранах выполняют определенные функции. Они являются:

  • ферментами;

  • транспортными белками;

  • стерины (у животных в основном холестерин);

  • гликопротеиды;

  • некоторые неорганические соли.

    • Основная структуравсех мембран представляет собой два параллельных слоя липидов (бимолекулярный слой). Мембранные липиды - амфипатические молекулы, имеющие:

  • гидрофобную часть (углеводородные остатки жирных кислот и сфингозина);

  • гидрофильную часть (фосфат, холин, комамин, сахар и т. п.).

    • Такие молекулы образуют на водной поверхности мономолекулярный слой. В водном окружении и в клетке образуются бимолекулярные слои: гидрофобные части различных молекул повернуты дальше от водного окружения, т. е. друг к другу, и удерживаются вместе сильными гидрофобными взаимодействиями и слабыми силами Ван-дер-Ваальса.
    Таким образом, мембраны на обеих наружных поверхностях гидрофильны, а внутри - гидрофобны.
    Поскольку гидрофильные части молекул поглощают электроны, они видны в электронном микроскопе как два темных слоя.

    3. Свойства мембран При низких температурах углеводородные остатки образуют подобие кристаллической решетки, и мембраны переходят в состояние геля. При физиологических температурах мембраны находятся в жидкокристаллическом состоянии: углеводородные остатки вращаются вокруг своей продольной оси и диффундируют в плоскости слоя. Реже они перескакивают из одного слоя в другой, не нарушая прочных гидрофобных связей.
    Периферические белки мембран гидрофильны, так как на поверхности их глобулярной молекулы преобладают гидрофильные аминокислоты (с полярными группами). Они относительно непрочно связаны с гидрофильными поверхностями мембран в основном электростатическими силами, т. е. ионными связями.
    Интегральные мембранные белки частично гидрофобны, так как на поверхности их молекул находятся главным образом гидрофобные аминокислотные остатки.
    Эти белки прочно укреплены в гидрофобной толще мембраны гидрофобными взаимодействиями, а гидрофильные части молекул выступают из мембраны наружу. Некоторые интегральные белки мембран способны, как и липидные молекулы, диффундировать в плоскости мембраны, другие встроены неподвижно.
    Описанная жидкостно-мозаичная модель структуры мембраны (модель Сингера) заменила принятую ранее модель Даниели (без интегральных белков).
    Благодаря гидрофобным взаимодействиям, мембраны способны растягиваться (расти) при включении новых молекул, а в случае разрыва образовавшиеся края могут снова смыкаться.
    Мембраны полупроницаемы; они обладают мельчайшими порами, через которые диффундируют вода и другие небольшие гидрофильные молекулы. Для этого используются внутренние гидрофильные области интегральных мембранных белков или отверстия между соприкасающимися интегральными белками (туннельные белки).
    Биология Лекции ИД Равновесие

    LUXDETERMINATION 2010-2013