Будова зовнішньої клітинної мембрани.

Відповідно до рідинно-мозаїчної моделі будови, клітинні мембрани – напівпроникний ліпідний бішар із вбудованими в нього білками.

Мембрани різних органел мають неоднаковий ліпідний і білковий склад, що забезпечує їх функції. Кожний різновид мембран містить близько 50% білків. Мембрани мають також значний відсоток вуглеводів. Наприклад, мембрана еритроцитів складається з 40% ліпідів, 52% білків і 8% вуглеводів. Білки не утворюють шари, а розташовані не рівномірно у вигляді мозаїки зглобул; при цьому одні з них знаходяться тільки на поверхні, інші занурені в ліпідну фазу частково або повністю, іноді пронизують її наскрізь.

Ліпідний бішар являє собою рідину, в котрій окремі молекули ліпідів здатні дифундувати в межах свого моно шару, але можуть іноді переміщуватися з одного шару в другий. В’язкість і рухливість ліпідного бішару залежить від його складу ітемператури.

Зовні клітина вкрита плазматичною мембраною завтовшки близько 6-10нм. Це щільна плівка із ліпідів ( в основному фосфоліпідів) і білків. Молекули ліпідів розташовані впорядковано – перпендикулярно до поверхні, у два шари так, що частини їхньої молекули, які активно взаємодіють з водою (гідрофільні), спрямовані назовні, а частини, які інертні до води (гідрофобні),- всередину мембрани. Молекули білка розташовані не суцільним шаром на поверхні ліпідного каркаса з обох його боків.

Схема будови клітинної мембрани:

1 - елементи цитоскелета;
2 - гідрофобні головки ліпідів;
3 - гідрофільні головки ліпідів;
4 - вуглеводи;
5 - поверхневі білки;
6 - білок, який перетинає мембрану.

Частина білків занурена у ліпідний шар, а деякі з них пронизують його наскрізь,утворюючи ділянки, через які проходить вода. Ці білки виконують різні функції: одні з них – ферменти, інші – транспортні білки, які переносять деякі речовини із навколишнього середовища в цитоплазму і у зворотному напрямку.

За молекулярною будовою біологічна мембрана – це подвійний шар фосфоліпідів (біліпідний шар) із зануреними в нього молекулами білка. Гідрофільні полюси ліпідів орієнтовані назовні, а гідрофобні –всередину біліпідного шару. Білки мають декілька варіантів розташування: а) на поверхні біліпідного шару; б) частково занурені в біліпідний шар; в) повністю просікають біліпідний шар. На зовнішній поверхні плазматичної мембрани тваринних клітин є полісахаридний шар – глікокалікс. Мембрани клітин виділяють речовину для утворення додаткового захисту клітинної стінки. В окремих клітинах є декілька зовнішніх мембран (аксони нейронів).

З внутрішнього боку клітинної мембрани білки і глюкопротеїди зв’язані з мікротрубочками і білковими фібрилами, що складають елементи цитоскелета. Часто плазматична мембрана утворює безліч пальцеподібних виступів – мікроворсинок. Це значно збільшує всмоктувальну поверхню клітин, полегшує перенесення речовин через зовнішню мембрану та їх прикріплення до поверхні субстрату.

Ліпіди біомембран. Мембранні ліпіди – амфіпатичні молекули (володіють як гідрофобними, так і полярними властивостями) і у водному середовищі утворюють подвійний шар (бішар). Ці бішари самоорганізуються у закриті компартменти, що здатні відновлюватися при ушкодженнях. Розрізняють три основних класи ліпідних молекул – фосфоліпіди, холестерин і гліколіпіди.

За складом внутрішній і зовнішній шари мембран відрізняються один від одного. Різний ліпідний склад характерний як для всіх типів клітин, так і для різних органел однієї і тієї ж еукаріотичної клітини. Ліпідний бішар є розчинником для мембранних білків, які функціонують тільки в присутності певних ліпідів. Ліпідний бішар мембран асиметричний, що забезпечує пену орієнтацію білків, і має напівпроникні властивості.

Таблиця № 1. Склад ліпідного бішару біомембранізначення його компонентів.

Ліпідні молекули	Структура ліпідів	Значення
Фосфоліпіди	Сполуки жирних кислот і гліцерину, що містять фосфатну групу. Молекули складають з полярної (гідрофільної) головки і двохне полярних (гідрофобних) хвостів.	Амфіполярні властивості фосфоліпідів зумовлюють спонтанну агрегацію молекул у полярному середовищі й утворення подвійного шару, усередині якого розташована гідрофобна зона. Вона забезпечує напівпроникність мембран. Завдяки ліпідним компонентам бішару, що знаходяться в рідкому стані, мембрана володіє рухливістю, що полегшує процеси транспорту через біомембрани.
Гліколіпіди	Сполуки ліпідів з вуглеводами. Складаються з полярної головки і неполярних хвостів.	Беруть участь у рецепторній функції мембрани, в утворенні глікокаліксу.
Холестерин	Належать до складу стероїдів.	Кількісний склад холестерину визначає ступінь рідинності бішару мембран.

Білки біомембран. Білки складають понад 50% від маси мембран, більшість із них має глобулярну структуру.

Таблиця № 2. Білки біомембран.

Вид білків	Характеристика	Приклад
Інтегральні	Міцно вмонтовані в ліпідний бішар. Їх гідрофільні амінокислоти взаємодіють з гідрофільними фосфатними групами фосфоліпідів, а гідрофобні амінокислоти – з гідрофобними ланцюгами жирних кислот. Трансмембранний білок пронизує мембрану наскрізь.	Білки іонних каналів, рецепторні білки.
Периферичні	Знаходяться на поверхні мембрани (зовнішньої або внутрішньої). Зв’язані полярними зв’зками з ″головками ″ фосфоліпідів та інтегральних білків. Можуть бути частково занурені в гідрофобний шар.	Рецепторні білки зовнішньої поверхні; білки цитоскелета внутрішньої поверхні; зв’язуючі білки, ферменти.

Частина мембранних білків може вільно переміщуватися уфосфоліпідному шарі, але здебільшого фіксовані в певних місцях у площині мембран. Мембранні білки розподілені по зовнішньому і внутрішньому бішарах нерівномірно. Для мембран різних органел характерний неоднаковий білковий склад. Білки мембрани, які розташовані в одному місці і зв’язані між собою, утворюють групи (кластери), що виконують загальну функцію, наприклад, транспорт електронів у дихальному ланцюгу мітохондрій. Деякі мембранні білки фіксовані в бішарі мікрофіламентами і мікротрубочками цитоскелета. Ліпідний бішар визначає основні структурні властивості біологічних мембран, тоді як білки відповідальні за більшість мембранних функцій.

3. Властивості та функції біологічних мембран.

Клітинна мембрана

Властивості біологічних мембран:

- напівпроникність;

- еластичність;

- асиметричність (зовнішня і внутрішня поверхні мембрани різняться білковими, вуглеводним та ліпідним складом);

- здатність до самовідновлення – процес ″затягування″ пошкоджень мембрани за рахунок рухливості ліпідних молекул, тому що мембрана напіврідка; якщо пошкодження велике – клітина гине.

return false">ссылка скрыта

Одна з основних властивостей біологічної мембрани – це її вибіркова проникність (напівпроникність) – одні речовини проходять через неї важко, інші легко і навіть у бік більшої концентрації. Так, для більшості клітин концентрація іонів Na всередині клітини значно нижча, ніж у навколишньому середовищі. Для іонів K характерне протилежне співвідношення: їхня концентрація всередині клітини вища, ніж зовні. Через це іони Na завжди намагаються проникнути в клітину, а іони K – вийти назовні.Вирівнюванню концентрацій цих іонів перешкоджає дія особливої системи клітинної мембрани, яка виконує роль насоса, що відкачує іони Na із клітини і одндчасно накачує іони K всередину (так званий натрій-калієвий насос).

Функції мембран:

- ізоляційна;

- транспортна;

- захисна;

- електрична;

- різниця потенціалів між внутрішньою та зовнішньою сторонами мембрани, яка утворюється за рахунок розділення мембраною іонів;

- з’єднує клітини за рахунок: а) складчастих виростків; б) спеціальних білкових тілець – демосом (м’язи серця, епітеліальні клітини).