Структурно-функциональная организация клеточной мембраны и ее функции

Клеточная мембрана (оболочка клетки) представляет собой тонкую (6-10 нм) липопротеиновую пластинку, содержание липидов в которой составляет около 40%, белков - около 60% (см. рис. 2). Изнутри клеточная мембрана выстлана тонким, более плотным слоем гиа-лоплазмы, практически лишенной органелл. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество (5-10%) углеводов, молекулы которых соединены либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды) и образуют гликокаликс, строение и функции которого у разных клеток могут различаться. Углеводы участвуют в рецепции биологически активных веществ, реакциях иммунитета. Структурную основу клеточной мембраны (матрикс) составляет бимолекулярный слой фосфолипидов, являющихся барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки, например в нейронах - до 100 Ом/см.

Молекулы фосфолипидов мембраны состоят из двух частей: одна из них несет заряд и гидрофильна, другая не заряжена и гидрофобна. Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные мембранные структуры под влиянием собственных зарядов. В клеточной мембране заряженные гидрофильные участки молекул фосфолипидов от одних молекул направлены внутрь клетки, а от других — наружу клетки. В толще клеточной мембраны молекулы фосфолипидов взаимодействуют незаряженными гидрофобными участками (они «спрятаны» от внутриклеточной и внеклеточной воды).

гликопротеин

внеклеточное пространство

олигосахарид

гликолипид

фосфолипид

ЛИПИДНЫЙ бислой

перифери

ческий

мембран

ный белок

цитоплазма

А. Структура плазматической мембраны

гидрофильная сторона

г идрофобная область

гидрофильная сторона

холестерин фосфолипид

Б.Мембранные липиды

периферический мембранный белок

участок связывания сигнального вещества

олигосахарид

дисульфидный мостик

интег ральный мембранный белок

гвохсосх

липидный якорь

свободные SH-rpynny.

канал образующий белок

NH3S

В. Мембранные белки

цитоплазма

Рис. 2. Строение биологической мембраны

трансмем-

« бРанмый

* л участок

/ лравозакру-ченной п-спирали

'-?ХС

В липидном слое клеточных мембран содержится много холестерина. Обмен липидов в отличие от белков происходит медленнее. Однако возбуждение, например, нейронов мозга приводит к уменьшению содержания в них липидов. В частности, после длительной умственной работы, при утомлении количество фосфолипидов в нейронах уменьшается (может быть, это связано с более яркой памятью у лиц напряженного умственного труда). Состав мембранных липидов определяется средой обитания и характером питания. Так, увеличение растительных жиров в пищевом рационе поддерживает жидкое состояние липидов клеточных мембран и улучшает их функции. Избыток холестерина в мембранах увеличивает их микровязкость, ухудшает транспортные функции клеточной мембраны. Однако недостаток жирных кислот и холестерина в пище нарушает липидный состав и функции клеточных мембран.

Молекулы белков встроены в фосфолипидный матрикс клеточной мембраны. В клеточных мембранах встречаются тысячи различных белков, которые можно объединить в основные классы: структурные белки, переносчики, ферменты, белки, образующие каналы, ионные насосы, специфические рецепторы. Один и тот же белок может быть рецептором, ферментом и насосом.

Основными функциями клеточной мембраны являются:

  • 1. Барьерная (защитная) функция - наиболее очевидная функция клеточной мембраны, образующей поверхностную оболочку клетки. Особую роль в выполнении этой функции играют клеточные мембраны эпителиальной ткани. Они образуют обычно поверхности, отделяющие внутреннюю среду организма от внешней среды. Это относится также к легким и к желудочно-кишечному тракту. Барьерная функция клеточных мембран нарушается при многих патологических процессах (атеросклероз, гипоксия, интоксикация, раковое перерождение). Многие лекарственные вещества реализуют свое влияние посредством действия на мембрану, при ее повреждении эффекты лекарственных веществ могут изменяться. Клетки, образующие наружный слой эпителия, обычно соединены с помощью плотных контактов, которые ограничивают межклеточный перенос веществ.
  • 2. Восприятие изменений внешней и внутренней среды организма с помощью специальных структур - рецепторов, обеспечивающих узнавание различных раздражителей и реагирование на них. Клеточная мембрана располагает большим набором рецепторов, обладающих специфической чувствительностью к различным агентам - гормонам, медиаторам, антигенам, химическим и физическим раздражителям. Рецепторы отвечают за взаимное распознавание клеток, развитие иммунитета. Рецепторами на поверхности клеток могут служить гликопротеиды и гликолипиды мембран.
  • 3. Создание электрического заряда клетки обеспечивает клеткам возбудимых тканей возникновение локального потенциала, потенциала действия (возбуждения) и проведение последнего. Распространение возбуждения обеспечивает быструю связь возбудимых клеток между собой, а также посылку эфферентного сигнала от нервной клетки к эффекторной (исполнительной) и получение обратных (афферентных) импульсов от нее. Практически все живые клетки имеют электрический заряд, но лишь немногие из них способны генерировать потенциал действия.
  • 4. Выработка биологически активных веществ - простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов, оказывающих сильное влияние на адгезию тромбоцитов и процесс воспаления.
  • 5. Транспортная функция вместе с барьерной обеспечивает относительно постоянный состав веществ в клетке и ее электрический заряд. Наличие концентрационных и электрических градиентов различных веществ и ионов вне и внутри клетки свидетельствует о том, что клеточная мембрана осуществляет тонкую регуляцию содержания в цито-плазме ионов и молекул. Благодаря транспорту частиц формируется состав внутриклеточной среды, наиболее благоприятный для оптимального протекания метаболических реакций.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >