Строение и функции плазматических мембран

Плазматическая мембрана (ПМ) представляет собой двумерные растворы, определенным образом ориентированных глобулярных белков и липидов. Состоит из двух слоев фосфолипидных молекул, соединенных цепями жирных кислот. Белки в виде спирали пронизывают бислой, участвуют в образовании пор. (рис**)

 

 

Рис

 

Для увеличения контакта с окружающей средой на мембранах клеток имеются микроворсинки. Их много на мембранах клеток кишечника. На поверхности имеются рецепторные белки, они воспринимают раздрожение и формируют работу клетки. ПМ животных клеток покрыта снаружи полисахаридным слоем (10-20 нм) – гликокаликсом.

Основные функции мембран:

- барьерная – обеспечивает ограничение проникновения веществ, включая чужеродные, токсические вещества и сохранение внутри клетки определенных концентраций нужных веществ (концентрационных градиентов). Мембрана непроницаема для крупных белковых молекул и органических анионов, ограниченно проницаема для катионов натрия и свободно проходима для калия и хлора и жирорастворимых веществ. Избирательность мембраны обеспечивает разную концентрацию ионов во вне и внутри клетки, что способствует образованию электричества и созданию электрических потенциалов покоя и действия.

- транспортная – направлена на поддержание объема, состава клеточной жидкости, извлечение из внеклеточной среды субстратов энергетического и пластического обмена, выведение продуктов метаболизма, создание ионных и электрохимических градиентов по обе стороны мембраны. Транспорт веществ может быть пассивным и активным. К первому относится диффузия и «облегченная» диффузия, осмос. Ко второму – транспорт с переносчиком. В отличие от активного пассивный не требует притока свободной энергии.

Диффузия - движение веществ по концентрационному и электрохимическому градиенту.

Осмос - движение воды через полупроницаемую мембрану из раствора с низким в раствор с более высоким осмотическим давлением. Например, из растворов с низкой концентрацией NaCl, мочевины, белков, аминокислот, глюкозы (эти вещества относятся к активно переносимым через мембраны) в раствор с более высокой их концентрацией. У млекопитающих осмотическое давление жидкости составляет 6,6-8,0 атмосфер.

Активный транспорт происходит против концентрационного или электрохимического градиента. Осуществляется с помощью высокомолекулярных транспортных белков локализованных на или внутри мембран, например, транспортными АТФ-азами, способными одновременно расщеплять АТФ с освобождением энергии. Примером активного транспорта являются K⁺-Na⁺ насос, Ca⁺⁺-насос, I^--насос, H⁺-насос. Активный перенос, на принципе ионных насосов, обеспечивает накопление в клетках ионов, концентрация которых низка в тканевой жидкости (К⁺ - в протоплазме клетки, I^--в клетках эпителия щитовидной железы, Ca⁺⁺- в митохондриях). Активно переносятся аминокислоты, глюкоза.

Эндоцитоз – разновидность активного транспорта, обусловленного «поглощающей» способностью мембраны клетки (рис **). Происходит в эпителиальных клетках тонкого кишечника (перенос иммуноглобулинов молозива), почечных канальцев. Процесс обратный эндоцитозу называется экзоцитозом. Так работают пузырьки эндоплазматического ретикулума, аппарата гольджи, лизосомы.

 

Рис

 

- регуляторная – состоит в регуляции внутриклеточного метаболизма веществ в ответ на поступающие извне воздействия – химические (гормоны, метаболиты, медиаторы, ионы), механические, термические. Воздействия воспринимаются специальными мембранными рецепторами с последующим изменением активности ключевых ферментов.

Наружная и внутренняя поверхность всех биологических мембран различается не только по ферментативной активности, но и по концентрации ионов. Основным катионам внеклеточной жидкости является натрий, внутриклеточной калий. Ионные и электрохимические градиенты по обе стороны мембраны (мембранные потенциалы), создаваемые активным и пассивным транспортом ионов, имеют важное значение в поддержании возбудимости клеток, особенно нервных и мышечных.