Липиды в плазматической мембране выполняют функцию – Строение и функции биологических мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны

2.1.2. Функции плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана выполняет множество функций. Перечислим наиболее важные.

• Перенос веществ через мембрану. Через мембрану осуществляется транспорт веществ в обе стороны мембраны.

• Перенос информации через мембрану. На мембране информация из вне воспринимается преобразуется и передаётся в клетку или из клетки. Существенную роль при это м играют рецепторы мембран.

• Защитная роль. а) защищает содержимое клетки от механических повреждений, химических реагентов и биологической агрессии, например от проникновения вирусов и др.;

б) в многоклеточном организме рецепторы плазматической мембраны формируют иммунный статус организма;

в) в многоклеточном организме мембрана обеспечивает протекание реакции фагоцитоза.

• Ферментативная — в мембранах находятся различные ферменты (например, фосфолипаза А и др.), которые осуществляют целый ряд ферментативных реакций.

• Гликопротеины и гликолипиды на цитоплазматической мембране осуществляют контакт с мембранами других клеток.

Некоторые из перечисленных функций рассмотрим более детально.

а. Транспортная функция.Через мембрану внутрь клетки и наружу происходит перемещение различных веществ, в том числе и лекарственных препаратов. В зависимости от размера переносимых через мембрану молекул различают два вида транспорта: без нарушения целостности мембраны и с нарушением целостности мембраны. Первый тип транспорта может осуществляется двумя путями – без затрата энергии (пассивный транспорт) и с затратой энергии (активный транспорт) (см. рис. 4). Пассивный перенос происходит за счёт диффузии по электрохимическому градиенту в результате броуновского движения атомов и молекул. Этот вид транспорта может осуществляться непосредственно через липидный слой, без какого-либо участия белков и углеводов или при помощи специальных белков – транслоказ. Через липидный слой в основном транспортируются молекулы веществ, которые растворимы в жирах, и малые незаряженные или слабозаряженные молекулы, такие как

вода, кислород, углекислый газ, азот, мочевина, жирные кислоты, а также многие органические соединения (например, наркотики) хорошо растворимые в жирах. Транслоказы, могут переносить вещество через мембраны в сторону его меньшей концентрации, не затрачивая энергии, при помощи двух различных механизмов – через канал, который проходит внутри белка, или путём соединения выступающей из мембраны части белка с веществом, поворотом комплекса на 180⁰и отсоединением вещества от белка. Диффузия веществ через мембрану с участием белков важна тем, что она идётзначительно быстреепростой диффузии, через липидный слой без участия белков. Поэтому диффузия, в которой принимают участие транслоказы, называют облегчённой диффузией. По такому принципу в клетку транспортируются некоторые ионы (например, ион хлора) и полярные молекулы, а также глюкоза.

Для активного переноса веществ через мембрану характерны три свойства:

1. Активный перенос осуществляется против градиента концентрации.

2. Осуществляется белком переносчиком.

3. Идёт с затратой энергии.

Энергия при активном переносе веществ необходима для того, чтобы перенести вещество против градиента его концентрации. Системы активного переноса часто называют мембранными насосами. Энергия в этих системах может быть получена из различных источников, чаще всего таким источником служит АТФ. Расщепление фосфатных связей в АТФ осуществляет интегральный белок-фермент АТФ-аза. Поэтому этот фермент и находится в мембране многих клеток в виде интегрального белка. Важно то, что этот фермент не только освобождает энергию из АТФ, но и осуществляет перемещение вещества. Поэтому система активного переноса состоит чаще всего из одного белка — АТФ-азы, который получает энергию и перемещает вещество. Иными словами, процесс перемещения и энергообеспечения в АТФ-азе сопряжены. В зависимости от того, какие вещества перекачивает АТФ-аза насосы называют или

Na⁺, K⁺— АТФ-аза или Ca²⁺-АТФ-аза. Первые регулируют содержание в клетке натрия и калия, вторые кальция (этот тип насосов чаще всего размещён на каналах ЭПС). Сразу же отметим важный для медицинских работников факт: для успешной работы калий-натриевого насоса, клетка затрачиваетоколо 30%энергии основного обмена. Это очень большой объём. Эта энергия тратится на поддержку определённых концентраций натрия и калия в клетке и межклеточном пространстве;- в клетке содержится калия больше, чем в межклеточном пространстве, натрия, наоборот, больше в межклеточном пространстве, чем в клетке. Такое распределение, далёкое от осмотического равновесия, обеспечивает наиболее оптимальный режим работы клетки.

Транспорт веществ через мембраны

Пассивный

(без затраты энергии)

Активный

(с затратой энергии)

Простая диффузия

( без участия белков)

Источник энергии — АТФ

Облегчённая диффузия

(с участием белков)

Другие виды источников

Через канал в белке

Путём переворота

белка с веществом

на 180⁰

Рис. 4. Классификация типов транспорта веществ через мембрану.

Путём активного переноса происходит перемещение через мембрану неорганических ионов, аминокислот и сахаров, практически всех лекарственных веществ, имеющих полярные молекулы – парааминобензойная кислота, сульфаниламиды, йод, сердечные гликозиды, витамины группы В, кортикостероидные гормоны и др.

Для наглядной иллюстрации процесса переноса веществ через мембрану мы приводим (с небольшими изменениями) рисунок 5 взятый из книги «Молекулярная биология клетки» (1983) Б. Альбертса и др. учёных, считающихся лидерами в разработке теории

Транспортируемая молекула

Канальный Белок

белок переносчик

Липидный Электрохимич.

бислой градиент

Затрата

энергии

Простая диффузия Облегчённая диффузия

Пассивный транспорт Активный транспорт

Рис 5. Многие мелкие незаряженные молекулы свободно проходят через липидный бислой. Заряженные молекулы, крупные незаряженные молекулы и некоторые мелкие незаряженные молекулы проходят через мембраны по каналам или порам либо с помощью специфических белков переносчиков. Пассивный транспорт всегда направлен против электрохимического градиента в сторону установления равновесия. Активный же транспорт осуществляется против электрохимического градиента и требует энергетических затрат.

трансмембранного переноса, отражены основные типы переноса веществ через мембрану. Следует отметить что белки, участвующие в трансмембранном переносе, относятся к интегральным белкам и чаще всего представлены одним сложноорганизованным белком.

Перенос высокомолекулярных молекул белка и др. больших молекул через мембрану в клетку осуществляется эндоцитозом (пиноцитоз, фагоцитоз и эндоцитоз), а из клетки – экзоцитозом. Во всех случаях эти процессы отличаются от вышеизложенных тем, что переносимое вещество (частица, вода, микроорганизмы или др.) вначале упаковывается в мембрану и в таком виде переносится в клетку или выделяется из клетки. Процесс упаковки может происходить как на поверхности плазматической мембраны, так и внутри клетки

б. Перенос информации через плазматическую мембрану.

Кроме белков, участвующих в переносе веществ через мембрану, в ней выявлены сложные комплексы из нескольких белков. Пространственно разделённые, они объединены одной конечной функцией. К сложно устроенным белковым ансамблям относится комплекс белков, отвечающих за производство в клетке очень мощного биологически активного вещества – цАМФ (циклический аденозинмонофосфат). В этом ансамбле белков имеются как поверхностные, так и интегральные белки. Например, на внутренней поверхности мембраны расположен поверхностный белок, который носит название G– белок. Этот белок поддерживает взаимоотношения между двумя рядом расположенными интегральным белками – белком, который называется адреналиновый рецептор и белком — ферментом – аденилатциклазой. Адренорецептор способен соединятся с адреналином, который попадает из крови в межклеточное пространство и возбуждаться. Это возбуждениеG– белок передаёт на аденилатциклазу – фермент, способный производить активное вещество – цАМФ. Последний, поступает в цитоплазму клетки и активирует в ней самые различные ферменты. Например, активируется фермент, расщепляющий гликоген до глюкозы. Образование глюкозы приводит к повышению активности митохондрий и повышению синтеза АТФ, которая поступает в качестве носителя энергии во все клеточные отсеки, усиливая работу лизосомы, натрий-калиевых и кальциевых насосов мембраны, рибосом и т.д. повышая в конечном итоге жизнедеятельность практически всех органов, особенно мышц. На этом примере, хотя и очень упрощенном, видно как связана деятельность мембраны с работой других элементов клетки. На бытовом уровне эта сложная схема выглядит достаточно просто. Представьте, что на человека неожиданно набросилась собака. Возникшее чувство страха приводит к выбросу в кровь адреналина. Последний, связывается с адренорецепторами на плазматической мембране изменяя при этом химическую структуру рецептора. Это, в свою очередь, приводит к изменению структурыG– белка. ИзменённыйG– белок становиться способным активировать аденилатциклазу, которая усиливает производство цАМФ. Последний стимулирует образование глюкозы из гликогена. В результате усиливается синтез энергоёмкой молекулы АТФ. Повышенное образование энергии у человека в мышцах приводит к быстрой и сильной реакции на нападение собаки (бегство, защита, борьба и т.д.).

studfiles.net

Мембранные липиды и их функции

Основными компонентами мембран являются белки и липиды. На долю углеводов может приходиться около 10% массы мембран, при этом они всегда входят в состав гликолипидов или гликопротеинов. Соотношение между белками и липидами в мембранах значительно варьирует — от 20% белка в миелине до 80% в митохондриях. Плотность мембран прямо пропорциональна содержанию в них белка.

Наиболее поражает в мембранных липидах их огромное разнообразие. Причины этого пока не ясны, хотя становится все более очевидно, что, по-видимому, связано это с тем разнообразием функций, которые липиды выполняют в мембранах. Но, конечно, главная функция мембранных липидов состоит в том, что они формируют бислойный матрикс, с которым взаимодействуют белки.

Основные виды мембранных липидов

Глицерофосфолипиды. Это наиболее распространенные липиды. Одна из гидроксильных групп глицерола связана с полярной группировкой, содержащей фосфат, а две другие — с гидрофобными остатками. Номенклатура глицеридов основана на системе стереоспецифической нумерации. Если глицерол изобразить в проекции Фишера, так что центральная группа будет расположена слева, то атомы углерода будут нумероваться так, как показано на рис. В этом случае в название глицерофосфолипида вводят приставку sn для обозначения положения заместителя. В литературе встречается несколько систем стереохимических обозначений: sn, D/L и R/S. На рис. представлена стереохимия атома С-2 в этих трех системах.

Жирные кислоты почти всегда содержат четное число атомов углерода в пределах от 14 до 24. Наиболее распространены кислоты С16, С18 и С20. Степень ненасыщенности может быть разной, но чаще всего встречаются ненасыщенные кислоты 18:1, 18:2, 18:3 и 20:4. Здесь первое число обозначает длину ацильной цепи, а второе указывает на число содержащихся в ней двойных связей. Почти все природные кислоты характеризуются г/ис-конфигурацией двойных связей. Цепь в такой конфигурации имеет излом, что нарушает упаковку липидных молекул в бислое. В составе молекул многих фосфолипидов имеется одна насыщенная и одна ненасыщенная цепи. В случае животных клеток ненасыщенные цепи обычно находятся в 5и-2-положении глицерола. Такое же распределение цепей характерно и для фосфолипидов клеток Е. coli. Двойные связи в полиненасыщенных цепях обычно являются несопряженными.

Фосфосфинголипиды. Эти липиды имеют такие же полярные головки, как и глицерофосфолипиды, но их гидрофобная часть представлена церамидом. В плазматических мембранах животных клеток широко распространен сфингомиелин. Основными жирнокислотными компонентами в миелине являются кислоты 24:1 и 24:0. В мембранах растительных и бактериальных клеток фосфосфинголипиды встречаются редко. Кроме сфингомиелина известны и другие фосфосфинголипиды, например церамид-1-фосфорилэтаноламин, церамид-1-фосфорилинози-тол и церамид-1-фосфорилглицерол.

Гликоглицеролипиды. Это полярные липиды, у которых в м-З-положении глицерола находится углевод, присоединенный с помощью гликозидной связи, например галактоза. Гликоглицеролипиды широко представлены в мембранах хлоропластов, они обнаружены также в заметных количествах в сине-зеленых водорослях и бактериях. Моногалактозилдиа-цилглицерол был назван «наиболее распространенным в природе полярным липидом», поскольку на его долю приходится половина всех липидов тилакоидной мембраны хлоропластов. Для мембран грамположительных бактерий характерны гликоглицеролипиды с большим разнообразием Сахаров. Архебактерии также содержат такие липиды, но, как и в случае глицерофосфолипидов, их стереохимическая конфигурация является обращенной, с локализацией гликозидной связи в sn-l-положении глицерола. В мембранах животных клеток гликоглицеролипиды встречаются редко.

Гликосфинголипиды. Эти липиды содержат углеводы, присоединенные с помощью гликозидной связи к концевой гидроксильной группе церамида. Ихклассифицируют в соответствии с размером углеводной части, которая может быть представлена всего лишь одним моносахаридным остатком, с одной стороны, и очень сложным углеводным полимером — с другой. Моногликозилцерамиды обычно называют цереброзидами. Ганглиозиды представляют собой класс анионных гликосфинголипидов, которые содержат один или несколько остатков сиаловой кислоты, связанных с сахарными остатками церамидолигосахарида. Глобозидами называют нейтральные гликосфинголипиды, которые не содержат остатков отрицательно заряженной сиаловой кислоты.

Гликосфинголипиды находятся на наружной поверхности плазматических мембран животных клеток; обычно они являются минорными компонентами, но иногда содержатся в значительных количествах. Моногалактозилцерамид — это один из основных компонентов миелиновой оболочки нервного волокна. В некоторых случаях гликосфинголипиды локализуются не в плазматической мембране, а во внутриклеточных мембранах.

Гликосфинголипиды мембран эритроцитов несут антигены группы крови. В клетках аденокарциномы человека накапливаются необычные фукозилированные гликосфинголипиды, которые можно использовать для обнаружения этих клеток и контроля за развитием опухоли.

Стеролы. Эти липиды присутствуют во многих мембранах растений, животных и микробов. По-видимому, самым распространенным из сте-ролов является холестерол. Его молекула состоит из компактного, жесткого гидрофобного ядра, а полярной головкой является гидро-ксильная группа. Холестерол содержится в плазматических мембранах животных клеток, в лизосомах, эндосомах и в мембранах аппарата Гольджи. Он составляет около 30% всей массы мембранных липидов во многих плазматических мембранах животных клеток. В высших растениях обнаружены другие стеролы, чаще всего ситостерол и стигмастерол. Растительные стеролы часто имеют еще одну боковую цепь в положении С-24 и/или двойную связь в положении С-22. В мембранах дрожжей и других эукариотических микроорганизмов часто содержится эргостерол. К классу стеролоподобных липидов относят также гопанои-ды, которые найдены в бактериях и некоторых растениях.

Минорные компоненты. В мембранах присутствуют также и другие липиды, которые можно отнести к разряду минорных компонентов вследствие их малого содержания в мембранах. Так, в мембранах обычно обнаруживаются, хотя и в очень малых количествах, свободные жирные кислоты и лизофосфолипиды. Пожалуй, исключением из этого правила являются мембраны хромаффинных гранул, которые, как известно, содержат необычно много свободных жирных кислот. Минорными компонентами мембран являются также моноацил- и диацилглице-ролы. Диацилглицеролы выполняют важную функцию вторых посредников в передаче сигнала при активации клеток рядом биологически активных веществ. Эта система клеточного отклика на внешний стимул будет детально рассмотрена в гл. 9. В мембранах обычно присутствуют и полиизопреноидные липиды. К ним относятся уби-хиноны и менахиноны — компоненты цепи электронного транспорта в мембранах. Можно отметить также ундекапренол и долихол, которые являются липидными переносчиками промежуточных продуктов соответственно при биосинтезе клеточной стенки у прокариот и при биосинтезе гликопротеинов в аппарате Гольджи эукариот. Длина молекул этих липидов в вытянутом состоянии значительно превышает толщину бислоя, поэтому неизвестно, как эти молекулы в нем расположены. Неясно также, почему липидными переносчиками служат именно полиизопреноидные структуры.

Многообразие функций мембранных липидов

Совершенно очевидно, что липидный состав различных мембран не является случайным, однако удовлетворительного объяснения этому феномену не найдено. Любая конкретная мембрана может содержать более ста разных типов липидных молекул. Почему их так много и почему каждая мембрана имеет уникальный липидный состав? Пути биосинтеза мембранных липидов и механизмы их доставки к местам назначения обсуждаются в разд. 10.4. Становится все более очевидным, что липиды активно участвуют в процессах, протекающих в мембранах, однако причины их разнообразия неясны. Рассмотрим некоторые факторы, возможно, определяющие липидный состав мембраны.

1. Смесь липидов обязательно должна быть способна образовать стабильный бислой, в котором могли бы функционировать белки.

2.Некоторые липиды способствуют стабилизации сильно искривленных участков мембраны, образованию контакта между мембранами или связыванию определенных белков, поскольку форма этих молекул благоприятствует нужной упаковке бислоя на соответствующих участках мембраны. 3.Некоторые липиды являются важными биорегуляторами. Наиболее изучена в этом отношении регуляторная роль производных фосфатидилинозитола в плазматических мембранах клеток эукариот. 4.Некоторые липиды участвуют в реакциях биосинтеза. Например, в клетках Е. coli фосфатидилглицерол поставляет глицерофосфатный фрагмент при биосинтезе периплазматических олигосахари-дов. 5.Отдельные липиды необходимы для поддержания оптимальной активности ряда ферментов. Этот вопрос рассматривается в гл. 6. 6.Ганглиозиды, как полагают, играют важную роль в регуляции роста клеток, являются специфическими рецепторами в плазматической мембране и ответственны за клеточную адгезию.

Методы дифракции рентгеновских лучей и электронной микроскопии сыграли историческую роль в развитии мембранологии и внесли решающий вклад в современные представления о биологических мембранах. Сегодня не вызывает сомнений, что липидный бислой образует структурную основу практически всех биологических мембран и что их функциональное многообразие основано именно на этом структурном единстве различных мембранных систем. Каждая отдельно взятая мембрана содержит большое число различающихся по своим химическим свойствам липидов. Причины этого разнообразия неясны, хотя появляется все больше данных об уникальных биологических функциях отдельных липидов. На долю белков приходится от 20 до 80% массы мембран. Многие из этих белков полностью пронизывают липидный бислой, и их удается солюбилизировать только с помощью детергентов. Другие мембранные белки, называемые периферическими, легкое извлекаются из мембраны с помощью буферных растворов с изменяющимися рН или ионной силой либо при удалении двухвалентных катионов с помощью хелатирующих агентов.

В настоящее время разработаны методы выделения и характеристики индивидуальных мембран из клеток прокариот, из животных и в меньшей степени из растительных клеток. Разделение чаще всего основано на различиях в размере и плотности мембранных частиц, содержащихся в гомогенате разрушенных клеток. Можно также использоать различия в поверхностных свойствах мембран или в их электрофоретическом поведении. Выделение и очистка мембран — первый и обязательный этап в их биохимическом исследовании.

Состав мембран
Закон зародышевого сходства
Систематика, характеристика микроорганизмов
Сине-зелёные водоросли, способы питания
Сенсорные системы, способности, фильтрация информации
Хеморецепция, механорецепторы
Зрительная система живых организмов
Отряд приматов, классификация органического мира



biofile.ru

Липиды плазматической мембраны — Справочник химика 21

    Клетка состоит из протоплазмы, в которой находится ядро, и плазматической мембраны. Непременным условием нормальной работы клетки является проницаемость стенки клетки (которая образована плазматической мембраной) для химических соединений, участвующих в биосинтезе. Материалом плазматической мембраны служат липиды и белки. О белках мы еще будем говорить в гл. 27. Что касается липидов, то отметим прежде всего разнообразие классов соединений, которые относят к этой группе природных веществ жиры, масла, стероиды, терпены. Общим для них являются гидрофобность и растворимость в неполярных растворителях. Поэтому через мембрану клетки легко проникают органические соединения, преимущественно имеющие гидрофобный характер. Сложнее обстоит дело с неорганическими катионами. [c.114]
    Плазматическая мембрана состоит из двойного липидного слоя. Гидрофобные концы молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а гидрофильные головки — наружу. Благодаря гидрофобным взаимодействиям между остатками жирных кислот, входящих в состав липидов, и электростатическому взаимодействию между гидрофильными головками мембрана стабилизируется. В двойной слой липидов встроены белки так называемые интегральные белки мембран. Они плавают в этом слое, будучи погружены в него частично, или же пронизывают его насквозь. Другие белки прикреплены к поверхности мембраны, и их называют периферийными белками (рис. 1.6). Некоторые мембраны, по-видимому, с одной или с обеих сторон покрыты сетью вытянутых белковых молекул. [c.23]

    Содержание запасных жиров определяется составом питательной среды (высоким отношением /N), и эти жиры могут быть выделены непосредственно из клеток. Количество других липидных соединений от состава среды почти не зависит. Эти липиды освобождаются лишь после гидролиза белков и полисахаридов и представляют собой компоненты липопротеинов, входящих в состав плазматической мембраны и внутренних мембран, и липополисахаридов. [c.34]

    На рис. I показан вид плазматической мембраны эритроцита сбоку. Эта фотография, на которой видны две темные линии ( железнодорожные пути ) получена после фиксации клеток четырех-окисью осмия. Линии соответствуют наружному и внутреннему полярным слоям, состоящим из полярных голов мембранных липидов. Светлая зона между линиями соответствует гидрофобной части липидного бислоя, в которой находятся неполярные углеводород- [c.343]

    Плазматическая мембрана состоит из двойного липидного слоя. Гидрофобные концы молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а гидрофильные головки -наружу. Благодаря гидрофобным взаимодействиям между остатками жирных кислот, входящих в состав липидов, и электростатическому взаимодействию между гидрофильны- [c.44]

    Клетка окружена клеточной или плазматической мембраной, которая отделяет содержимое клетки от межклеточной среды и выполняет важную роль в метаболизме. Плазматическая мембрана представляет собой трехслойную структуру, состоящую из липидного бислоя, который создает непроницаемый барьер для водорастворимых молекул, и слоя белков, которые как бы «вмонтированы в липидный бислой (рис. 10). Многие белковые молекулы пронизывают мембрану насквозь и функционируют как поры или каналы, через которые транспортируются отдельные вещества в клетку и из нее. Другие белки могут находиться на одной поверхности бислоя липидов и участвовать в обменных процессах. Белки мембран служат рецепторами многих химических сигналов. [c.33]

    На наружной поверхности плазматической мембраны всех ядерных клеток имеются углеводы, связанные с белками (гликопротеиды) или липидами (липопротеиды). Полагают, что углеводы участвуют в процессах межклеточного узнавания. [c.33]

    Несмотря на то что каждому типу мембран присущи определенные липидные и белковые компоненты, основные структурные и функциональные особенности, обсуждаемые в этой главе, характерны как для внутриклеточных, так и для плазматических мембран. Прежде всего нам хотелось бы рассмотреть структуру и организацию главных компонентов всех биологических мембран — липидов, белков и углеводов. Затем мы обсудим механизмы, используемые клетками для транспорта малых молекул через плазматическую мембрану, а также способы поглощения и выделения клетками макромолекул и крупных частиц. В последующих главах будут проанализированы некоторые дополнительные функции плазматической мембраны роль в клеточной адгезии (гл. 14) и в сигнальных функциях (гл. 12). [c.349]

    Липиды нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. В большинстве животных клеток они составляют около 50% массы плазматической мембраны животных, а почти все остальное приходится на белки. На 1 мкм липидного бислоя расположено пример- [c.350]

    Окаймленные ямки распределены на поверхности клеток более или менее случайным образом, так что поглощение плазматической мембраны (липиды вместе со специфическими белками-рецепторами) имеет место по всей клеточной поверхности. В неполяризованных клетках поглощенные участки мембраны возвращаются также случайным образом на поверхность клетки. Однако в поляризованных клетках, напри- [c.419]

    Миелиновая ткань имеет консистенцию жира и для невооруженного глаза белую окраску (как в белом веществе головного мозга). Б световом микроскопе такие волокна при обработке их обычными липидными красителями имеют вид черных структур. С миелином, извлеченным различными приемами фракционирования клетки (рис. 4.6), проведены биохимические исследования. Они показали, что миелин состоит приблизительно на 80% из липидов и на 20% из белка один из основных липидов —холестерол, а такие вещества, как цереброзиды и фосфолипиды, содержатся также в разных тканях и у разных видов животных в разных количествах. Рентгеноструктурный анализ показывает, что миелин состоит из единиц, повторяющихся с периодом около 18 нм. В электронном микроскопе его легко узнать по чередованию светлых и темных слоев с периодом около 18 нм, который, если сделать поправку на сморщивание ткани при обработке, соответствует двойной толщине сжатой плазматической мембраны. [c.101]

    Теперь мы отдаем себе отчет в том, что эти первые описания, хотя и верные в общем виде, давали упрощенное представление о чрезвычайно разнообразных жизненных циклах вирусов. Во-первых, белковая оболочка (или кансид) почти у всех вирусов состоит из полипептидных цепей более чем одного типа, причем эти цепи нередко сгруппированы в несколько слоев. Во-вторых, у многих вирусов их белковый капсид окружен еще и мембраной, в которую помимо белка входят и липиды. У многих из этих вирусов сборка наружной оболочки происходит в плазматической мембране клетки-хозяина, и дочерние вирусные частицы выходят наружу, отпочковываясь от этой плазматической мембраны (рис. 5-70). Отпочковывание позволяет потомству вируса покидать клетку, не нарушая ее плазматической мембраны, т. е. не убивая клетку. Липидные компоненты мембраны вируса идентичны липидам плазматической мембраны клетки-хозяина, тогда как белки, присутствующие в липидном бислое, вирусоспецифичны Сборку вирусной мембраны в плазматической мембране клетки-хозяина мы обсудим в гл. 8, что же касается сборки белкового капсида вируса, го ее иллюстрирует рис. 3-43. [c.315]

    В организме большая часть липидов представлена ацилглицеролами в виде триацилглицеролов они являются главными липидами жировых отложений и пищи. Кроме того, ацилглицеролы, в первую очередь фосфолипиды, являются основными компонентами плазматических и других мембран. Фосфолипиды участвуют в метаболизме многих липидов. Гликофосфолипиды, построенные из сфингозина, остатков сахаров и жирных кислот, составляют 5— 10% вс липидов плазматической мембраны. [c.247]

    Значительная часть наш их знаний о мембранах сложилась благодаря интенсивным многолетним исследованиям, проведенным на мембранах определенных типов. К их числу относятся следующие 1. Мие-линовая оболочка, состоящая из плазматических мембран, образуемых шванновскими клетками, которые прилежат ко многим нейронам. Шванновские клетки как бы наматываются на аксоны нейронов, причем цитоплазма из них выдавливается и образуются тонкие, но плотно упакованные мембранные слои, окружающие аксоны и служащие для них прекрасным изолятором . Из всех известных мембран миели-новые обладают наибольшей устойчивостью и содержат наибольшее количество липидов (80%). 2. Плазматические мембраны эритроцитов человека, которые могут быть получены путем осмотического шока этих клеток. Образующиеся при этом тени эритроцитов содержат около 1 % сухого вещества клетки по сравнению с другими мембранами они изучены, пожалуй, наиболее полно. 3. Мембраны б актерий, и в первую очередь Е. oli. 4. Наружный членик рецепторных клеток сет- [c.337]

    Изучение фотографических изображений клетки, полученных прн помощи микроскопа в разные моменты времени, позволили увидеть, что плазматическая мембрана, так же как и митохондрии и другие органеллы, постоянно находится в движении. Митохондрии скручиваются и поворачиваются, а поверхность мембраны постоянно совершает волнообразные движения. Пузырьки освобождают свое содержимое в окружающую среду, выводя его из клеток, а перенос веществ внутрь клетки осуществляется за счет процесса эндоцитоза (гл. 1, разд. Б.4). При помощи химических методов было показано также, что составляющие мембраны вещества транспортируются из эндоплаз1матического ретикулума в пузырьки аппарата Гольджи, в экскреторные гранулы и в плазматическую мембрану. Важным этапом биосинтетических процессов, протекающих в клетке, является присоединение углеводных (гликозильных) остатков к молекулам белка с образованием гликопротеидов и гликолипидов. Ферменты, катализирующие эти реакции, — гликозилтрансферазы (гл. 12)-—обнаружены в эндоплазматическом ретикулуме и в пузырьках а1ппарата Гольджи. Эти ферменты катализируют присоединение углеводных единиц (по одной в каждом акте реакции) к определенным местам молекул белков, липидов и других соединений, экскретируемых из клеток. Другие ферменты катализируют присоединение сульфатных и ацетильных групп к углеводным фрагментам молекул глико Протеидов. [c.356]

    Несмотря на большое число исследований, чисто химический аспект действия инсулина остается неясным — . Обычно считается, что гормон действует на плазматические мембраны всех тканей, вызывая заметные изменения проницаемости, что поиводит к возрастанию поглощения глюкозы, различных ионов и других веществ. Такого рода изменения проницаемости могут обусловить сильное влияние инсулина на важнейшие процессы биосинтеза имеет место, в частности, повышение синтеза гликогена, липидов и белков. В то же время процессы катаболизма подавляются и активность катаболических ферментов, например глюкозо-6-фосфатазы, снижается. Ключом к пониманию действия инсулина может явиться выяснение вопроса о природе его вторичного посредника , аналогичного по своему действию сАМР. Высказывались предположения, что вторичным посредником для инсулина является сАМР, однако более вероятно, что эту роль выполняет какой-то ион, возможно К+ . [c.505]

    Полимиксины обладают ярковыраженным бактерицидным действием против большинства грамотрицательных актерий, превосходя в этом отношении многие другие антибиотики. Мишеиью действия полимиксинов является плазматическая мембрана бактерий. Показано, что полимиксины связываются с фосфатными группами кардиолипина, фосфатидилэтаноламина или других кислых липидов, нарушая барьерные функции мембраны. [c.288]

    Термин мембранао используется вот уже более 100 лет для обозначения клеточной границы, служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клеткн н внешней средой, а с другой — полупроницаемой перегородкой, через которую могут проходить вода и некоторые из растворенных в ней веществ. В 1851 г. немецким физиолог X. фон Моль описал плазмолиз клеток растений, предположив, что клеточные стенки функционируют как мембраны. В 1855 г. ботаник К. фон Негели наблюдал различия в проникновении пигментов в поврежденные н неповрежденные растительные клетки и исследовал клеточную границу, которой он дал название плазматическая мембрана. Он предположил, что клеточная граница ответственна за осмотические свойства клеток. В 1877 г. немецкий ботаник В. Пфеффер опубликовал свой труд Исследование осмоса , где постулировал существование клеточных мембран, основываясь на сходстве между клетками и осмометрами, имевэщими искусственные полупроницаемые мембраны. В 80-х годах прошлого столетия датский ботаник X. де Фриз продолжил осмометрические исследования растительных клеток, предположив, что неповрежденный слой протоплазмы между плазмалеммой и тонопластом функционирует как мембрана. Его исследования послужили фундаментом при создании физико-химических теорий осмотического давления и электролитической диссоциации голландцем Я. Вант-Гоффом и шведским ученым С. Аррениусом. В 1890 г. немецкий физикохимик и философ В. Оствальд обратил внимание на возможную роль мембран в биоэлектрических процессах. Между 1895 и 1902 годами Э. Овертон измерил проницаемость клеточной мембраны для большого числа соединений и наглядно показал зависимость между растворимостью этих соединений в липидах и способностью их проникать через мембраны. Он предположил, что мембрана имеет липидную природу и содержит холестерин и другие липиды. Современные представления о строении мембран как подвижных липопротеиновых ансамблей были сформулированы в начале 70-х годов нашего столетня. [c.549]

    Плазматическая мембрана. На электронных микрофотографиях ультратонких срезов бактерий, фиксированных четырехокисью осмия, плазматическая мембрана представляется многослойной. Она состоит из двух осмофильных и потому темных слоев толщиной 2-3 нм каждый и промежуточного более светлого слоя толщиной 4-5 нм. По своему строению мембраны бактериальных, животных и растите.пьных клеток очень сходны. Это дает основание говорить об универсальной элементарной мембране . Мембраны можно выделить, подвергнув осмотическому шоку протопласты, полученные с помощью лизоцима. Мембрана богата липвдами, в особенности фосфолипидами. Составляя всего 8-15 % сухого вещества клетки, мембраны содержат 70-90 % всех ее липидов. [c.23]

    Внешние, или плазматические, мембраны многих клеток, а также мембраны ряда внутриклеточньк органелл, например митохондрий и хлоропластов, удалось вьщелить в свободном виде и изучить их молекулярный состав. Во всех мембранах имеются полярные липиды в количестве, составляющем в зависимости от типа мембраны от 20 до 80% ее массы, остальное приходится главным образом на долю белков. Так, в плазматических мембранах животньк клеток количество белков и липидов, как правило, примерно одинаково во внутренней митохондриальной мембране содержится около 80% белков и только 20% липидов, а в миелиновьк мембранах мозга, наоборот, около 80% липидов и только 20% белков. Липидная часть мембран представляет собой смесь [c.342]

    Плазматическая мембрана вместо глицериновых эфиров жирных кислот содержит глицериновые эфиры с jo (фитанил)- и С оСбифи-танил)-изопреноидными алкилами. В качестве нейтральных липидов встречаются также свободные С и- и Сз(,-изопреноидные углеводороды  [c.108]

    Повреждение поверхностных структур или слоев клетки. Этанол в достаточно высокой концентрации (70%) вызывает коагуляцию белков и оказывает бактерицидное действие. Фенолы, крезолы, нейтральные мыла и поверхностно-активные вещества (детергенты) действуют на наружные слои клеток и нарушают избирательную проницаемость плазматической мембраны. Клеточные мембраны состоят главным образом из липидов и белков. Детергенты имеют поляркую структуру, причем их молекулы содержат как липофильные группы (длинные углеводородные цепи или ароматические кольца), так и гидрофильные ионизированные группы. Накапливаясь в липопротеиновых мембранах (тоже имеющих полярную структуру), детергенты нарушают их функции. Поскольку эти вещества обладают широким спектром антимикробного действия, их обычно применяют для дезинфекции различных поверхностей и одежды. С детергентами сходны по своему действию некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, колистин, бацитрацин, субти-лин) и антимикробные вещества растительного происхождения. [c.204]

    Внешняя граница клетки образована клеточной (или плазматической) мембраной (или оболочкой). Типичная двох1ная мембрана (называемая элементарной мембраной) толщиной около 80 А, очевидно, представляет собой относительно жесткую и упорядоченную структуру, состоящую И.З бимолекулярного слоя полярных липидов, покрытого с обеих сторон белковыми пленками. Эту мембрану ни в коем случае нельзя считать гомогенной на всем ее протяжении. Наоборот, она представляет собой мозаику из различных функциональных единиц, слегка различающихся по своей структуре, высокоизбирательных и специализированных в клетках разных типов. Мембрана определяет такие весьма разнообразные и вместе с тем чрезвычайно ванлные характеристики клетки, как избирательная проницаемость, активный перенос питательных веществ и ионов (т. е. их поступление в клетку), контрактильные свойства, способность клеток вступать в ассоциацию друг с другом и распознавать друг друга (например, при формировании органов). Плазматические мембраны могут слунгить также местом протекания некоторых сложных ферментативных процессов, таких, как гликолиз или даже синтез белка (у микроорганизмов). [c.248]

    Однотипные мембраны из различных клеток подобны по составу липидов. В мембранах клеток животных содержится 15—25% фосфолипидов, несущих большой отрицательный заряд (фосфатидилсерины, фосфатидилинозитиды). Плазматические мембраны клеток животных богаты холестерином и гликолипидами, митохондриальные — кардиолипином, который в норме не встречается в других типах мембран. [c.236]

    Первые сведения о том, что молекулы липидов в биологической мембране образуют бислой, были получены в ходе простых, но элегантных экспериментов, выполненных в 1925 год) Было показано, что липиды из мембран эритроцитов, экстрагированные ацетоном, всплывают на поверхность воды, образуя пленку. Площадь пленки уменьшали с помощью подвижного барьера до тех пор, пока не формировался сплошной мономолекулярный слой. При этом оказалось, что площадь мопослоя примерно в два раза больше первоначальной площади поверхности клеток. Поскольку единственной мембраной эритроцитов является плазматическая мембрана, экспериментаторы заключили, что молекулы липидов в ней должны быть организованы в виде непрерывного бислоя. Это заключение имело глубокое влияние на всю клеточную биологию. В настоящее время наличие липидного бислоя в клеточных мембранах доказано и более тонкими методами. Например, с помощью рентгеноструктурного анализа было продемонстрировано существование липидных бислоев в высокоорганизованных складках клеточных мембран, которые формируют изолирующую миелиповую оболочку, окружающую нервные клетки (см. разд. 19.2.4). О том, что все биологические мембраны содержат липидные бислой- убедительно свидетельствуют и данные электронно-микроскопических исследований при изучении образцов, приготовленных методом замораживания скалывания, оказалось, что все клеточные мембраны могут быть механически расщеплены как раз между двумя липидными монослоями (см. разд. 6.2.6). Самопроизвольное формирование бислоя является особым свойством молекул липидов, которое реализуется даже вне клетки. [c.350]

    Значительным щагом вперед в понимании структуры и функции мембран следует считать осознание того, что биологические мембраны -это двумерные жидкости. Однако ясно, что представление о мембране как о липидном море, в котором свободно плавают белки, оказалось сильно упрощенным. Многие клетки обладают способностью удерживать мембранные белки в специфических доменах в непрерывном липидном бислое. Например, в эпителиальных клетках, выстилающих кишечник или почечные канальцы, некоторые ферменты плазматической мембраны и транспортные белки располагаются только на апикальной поверхности клеток, тогда как другие — только на базальной и латеральной (рис. 6-36). Такое асимметричное распределение мембранных белков существенно для функционирования эпителия (мы обсудим )то позже, см. разд. 6.4.11). Липидный состав этих двух мембранных доменов также различен, что указывает на то, что эпителиальные клетки могут ограничивать диффузию между доменами как молекул белка, так и молекул липидов (хотя эксперименты с мечеными молекулами липидов наводят на мысль, что это справедливо лишь для липидных молекул внешнего монослоя мембраны). Такое пространственное разделение белков и липидов, по-видимому, поддерживается (по крайней мере частично) благо- [c.375]

    В двух рассмотренных примерах диффузия белков и липидов ограничивалась специализированными доменами, расположенными на непрерывной плазматической мембране. У клеток есть и более сильные способы иммобилизации определенных мембранных белков. Это хорошо видно на примере пурпурных мембран Haloba terium. В данном случае молекулы бактериородоисина собраны в большие двумерные кристаллы, в которых отдельные белковые молекулы фиксированы по отпошепию друг к другу. Крупные агрегаты такого типа диффундируют очень медленно. В более общем случае ограничение латеральной подвижности специфических мембранных белков связано с их взаимодействием с макромолекулярными образованиями, находящимися снаружи или внутри клеток Мы уже говорили о том, что некоторые мембранные белки эритроцитов тесно связаны с внутренним цитоскелетом В клетках других типов белки плазматической мембраны могут быть также связаны с цитоскелетом или внеклеточным матриксом, либо и с тем и с другим. Четыре известных способа иммобилизации специфических мембранных белков показаны на рис. 6-38. [c.376]

    В плазматических мембранах всех эукариотических клеток большинство белков, расположенных на поверхности клетки, а также некоторые липидные молекулы наружного липидного монослоя ковалентно связаны с олигосахаридными цепями. Некоторые плазматические мембраны содержат молекулы интегральных нротеогликанов, в которых несколько полисахаридных цепей ковалентно сшиты с трансмембранным белком или связанным с липидами коровым белком. Хотя функция углеводов клеточной поверхности пока непонятна, представляется вероятным, что по крайней мере некоторые из них принимают участие в процессах межклеточного узнавания и узнавания между клеткой и матриксом. [c.379]

    Чтобы понять взаимоотношения между клеточными комиартментами. полезно представить себе, как они могли возникнуть в процессе эволюции. Считается, что предшественниками эукариотических клеток были организмы, напоминающие бактерии. У бактерий, как правило, нет внутренних мембран соответствующие функции у них выполняет плазматическая мембрана. К таким функциям относится, например, транспорт ионов, синтез АТР и синтез липидов. Однако размеры современных эукариотических клеток превышают размер типичной бактериальной клетки (такой, как Е.соИ) в 10-30 раз. Изобилие внутренних мембран в клетках эукариот можно рассматривать как адаптацию к этом) [c.8]

    Все эукариотические клетки имеют Эндоплазматический ретикулум (ЭР). Его чрезвычайно извилистая мембрана обычно составляет более половины общего количества клеточных мембран (см. габл. 8-2). Полагают, что хотя мембрана ЭР имеет многочисленные складки и изгибы, пронизывающие всю цитоплазму, она образует непрерывную поверхность, ограничивающую единое внутреннее пространство. Это внутреннее пространство, называемое полостью ЭР, часто занимает более 10% общего объема клетки (см. табл. 8-1). Полость ЭР отделяется от цитозоля одиночной мембраной (мембраной ЭР), служащей связующим звеном между этими двумя комиартментами. Наоборот полости ЭР и каждой цистерны аппарата Г ольджи отделены друг от друга двумя мембранами и цитозолем, поэтому транспорт макромолекул между этими органеллами осуществляется при помощи транспортных пузырьков (рис. 8-36), ЭР играет важнейшую роль в клеточных биосинтезах. На мембранах ЭР начинается синтез трансмембранных белков и липидов ЭР, аппарата Гольджи, лизосом и плазматической мембраны. Здесь же производится большинство липидов для мембран митохондрий и пероксисом (см. разд. 8.6.14). Кроме того, все вновь синтезированные белки, независимо от их места назначения (полость ЭР, аппарат Гольджи, лизосомы или внеклеточное пространство), сначала поступают в полость ЭР. Так как ЭР служит отправной точкой для синтеза всех секретируемых белков, он также является местом, где начинается формирование внеклеточного матрикса. [c.38]

    Плазматическая мембрана, мембраны аппарата Гольджи и лизосом — это части мембранной системы, связанной с ЭР с помощью трапспортпых пузырьков, поставляющих в нее и белки, и липиды. Митохондрии и пероксисомы пе принадлежат к этой системе и нуждаются в других механизмах для импорта белков и липгшов мембран. Мы уже убедились в том, что большинство белков этих органелл доставляется из цитозоля посттрапеляциоппо. Хотя некоторые липиды модифицируются в митохондриях, сами митохондрии все равно должны получить их либо прямо из ЭР, где опи синтезируются, либо через другие клеточные мембраны. [c.57]

    Большинство клеток в тканях поляризованы, а их плазматическая мембрана состоит из двух (а иногда и большего числа) различных доменов или частей. Например, типичная эпителиальная клетка имеет две физически непрерывных, но различных по составу части клеточной мембраны (см. рис. 6-36) апикальная часть обращена в полость органа и часто несет специальные приспособления, такие, как реснички или щеточная каемка микроворсинок базолатеральная часть покрывает всю остальную клетку. Эти две части соединены по границе кольцом плотных контактов (см. разд. 14.1.1). которые не позволяют белкам (и липидам внешней половины липидного бислоя) диффундировать из одной части мембраны в другую. Вот почему, хотя обе части мембраны и видны в электронный микроскоп как единое целое, они надежно изолированы друг от друга плотными контактами и содержат разные наборы белков. Липидный состав двух бислоев тоже различен, в частности, глико липиды встречаются только в апикальной части мембраны. Существуют убедительные данные, показывающие, что и набор белков, секретируемых с апикальной и базолатеральной поверхности эпителиальной клетки, тоже различен. Следовательно, в поляризованных клетках должны существовать механизмы, специфически направляющие как мембранные, так и секретируемые белки к определенному домен плазматической мембраны. В опытах по культивированию поляризованных клеток удалось установить, что белки, предназначенные для разных доменов, вместе проходят путь от ЭР до транс-сеть Гольджи, где они сортируются и направляются в составе секреторных или трапспортпых пузырьков к соответствующим участкам клеточной [c.78]

    Все известные нейромедиаторы, а также большинство гормонов и локальных химических медиаторов водорастворимы. Есть, однако, исключения, и они образуют отдельный класс сигнальных молекул. Важными примерами служат сравнительно плохо растворимые в воде стероидные и гиреоидные гормоны, которые переносятся кровью в виде растворимых комплексов со специфическими белками-переносчиками. С таким различием в растворимости связаны фундаментальные различия в механизмах действия этих двух классов молекул на клетки-мишени. Водорастворимые молекулы слишком гидрофильны, чтобы прямо приходить через липидный бислой плазматической мембраны поэтому они связываются со специфическими белковыми рецепторами на клеточной поверхности. Напротив, стероидные и тиреоидные гормоны растворимы в липидах и, отделившись от белка-носителя, могут легко проникать через плазматическую мембрану клетки-мишени. Эти гормоны связываются с белковыми рецепторами внутри клетки (рис. 12-7). [c.346]

    Текучесть бислоев зависит от ненасыщенности гидрофобных цепей и от присутствия в мембране дополнительных веществ. В частности, холестерин — один из основных компонентов плазматической мембраны всех эукариотических клеток — существенно влияет на текучесть бислоя (Dei-num et al., 1988). В составе мембран эритроцитов присутствует до 30 % холестерина, так как он легко взаимодействует с фосфолипидами, образуя комплексы 1 1. Его плоское стероидное ядро легко проникает в структуру мембраны и увеличивает ориентацию углеводородных цепей в жидкокристаллической фазе ядра стероидов перекрывают 9—12 углеродных звеньев в липиде. Наибольщее сродство к холестерину проявляют сфингомиелины. Однако селективность межмолекулярных взаимодействий фосфолипидов друг с другом — отдельная проблема клинической биохимии и в данном разделе мы ее рассматривать не будем (Никифорова, 1981). [c.113]

---

chem21.info

4а — Плазматическая мембрана » СтудИзба

Лекция № 4.

Количество часов: 2

 

Плазматическая мембрана

 

1.     Строение плазматической мембраны

2.     Функции плазматической мембраны. Механизмы транспорта веществ через плазмолемму. Рецепторная функция плазмалеммы

3.     Межклеточные контакты.

 

1.     Строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, представляет собой поверхностную периферическую структуру, ограничивающую клетку снаружи и обеспечивающую ее связь с другими клетками и внеклеточной средой. Она имеет толщину около 10 нм. Среди других клеточных мембран плазмалемма является самой толстой. В химическом отношении плазматическая мембрана представляет собой липопротеиновый комплекс. Основными компонентами являются липиды (около 40%), белки (более 60%) и углеводы (около 2-10%).

К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Характерными представителями липидов, встречающимися в плазматической мембране, являются фосфолипиды, сфингомиелины и холестерин. В растительных клетках холестерин замещается фитостерином. По биологической роли белки плазмалеммы можно разделить на белки-ферменты, рецепторные и структурные белки. Углеводы плазмалеммы входят в состав плазмалеммы в связанном состоянии (гликолипиды и гликопротеины).

В настоящее время общепринятой является жидкостно-мозаичная модель строения биологической мембраны. Согласно этой модели структурную основу мембраны образует двойной слой фосфолипидов, инкрустированный белками. Хвосты молекул обращены в двойном слое друг к другу, а полярные головки остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь на разную глубину (есть периферические белки, часть белков пронизывает мембрану насквозь, часть погружена в слой липидов). Большинство белков не связаны с липидами мембраны, т.е. они как бы плавают в «липидном озере». Поэтому молекулы белков способны перемещаться вдоль мембраны, собираться в группы или, наоборот, рассеиваться на поверхности мембраны. Это говорит о том, что плазматическая мембрана не является статичным, застывшим образованием.

Снаружи от плазмолеммы располагается надмембранный слой — гликокаликс. Толщина этого слоя составляет около 3-4 нм. Гликокаликс обнаружен практически у всех животных клеток. Он представляет собой связанный с плазмолеммой гликопротеиновый комплекс. Углеводы образуют длинные, ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанные с белками и липидами плазматической мембраны. В гликокаликсе могут располагаться белки-ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении различных веществ. Продукты ферментативной активности (аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и др.) транспортируются через плазматическую мембрану и усваиваются клетками.

Плазматическая мембрана постоянно обновляется. Это происходит путем отшнуровывания мелких пузырьков с ее поверхности внутрь клетки и встраивания в мембрану вакуолей, поступивших изнутри клетки. Таким образом, в клетке постоянно происходит поток мембранных элементов: от плазматической мембраны  внутрь цитоплазмы (эндоцитоз) и поток мембранных структур из цитоплазмы к поверхности клетки (экзоцитоз). В круговороте мембран ведущая роль отводится системе мембранных вакуолей комплекса Гольджи.

 

4.     Функции плазматической мембраны. Механизмы транспорта веществ через плазмолемму. Рецепторная функция плазмалеммы

Плазматическая мембрана выполняет ряд важнейших функций:

1)    Барьерная. Барьерная функция плазматической мембраны заключается в ог­раничении свободной диффузии веществ из клетки в клетку, предот­вращении утечки водорастворимого содержимого клетки. Но посколь­ку клетка должна получать необходимые питательные вещества, вы­делять конечные продукты метаболизма, регулировать внутриклеточ­ные концентрации ионов, то в ней образовались специальные меха­низмы переноса веществ через клеточную мембрану.

2)     Транспортная. К транспортной функции относится обеспечение поступления и выведения различных веществ в клетку и из клетки. Важное свойство мембраны — избирательная проницаемость, или полупроницаемость. Она легко пропускает воду и водораствори­мые газы и отталкивает полярные молекулы, такие как глюкоза или аминокислоты.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мем­брану:

пассивный транспорт;

активный транспорт;

транспорт в мембранной упаковке.

Пассивный транспорт. Диффузия — это движение частиц среды, приводящее к переносу ве­щества из зоны, где его концентрация высока в зону с низкой концентра­цией. При диффузионном транспорте мембрана функционирует как осмотический барьер. Скорость диффузии зависит от величины молекул и их относительной растворимости в жирах. Чем меньше раз­меры молекул и чем более они жирорастворимы (липофильны), тем быстрее произойдет их перемещение через липидный бислой. Диффузия может быть нейтральной (перенос незаряженных молекул) и облегченной (с помощью специальных белков пере­носчиков). Скорость облегченной диффузии выше, чем нейтральной. Максимальной проникающей способностью обладает вода, так как ее молекулы малы и незаряже­ны. Диффузия воды через клеточ­ную мембрану называется осмо­сом. Предполагается, что в клеточ­ной мембране для проникновения воды и некоторых ионов существу­ют специальные «поры». Число их невелико, а диаметр составляет около 0,3-0,8 нм. Наиболее быст­ро диффундируют через мембра­ну легко растворимые в липидном бислое молекулы, например О, и незаряженные полярные молеку­лы небольшого диаметра (СО, мо­чевина).

Перенос полярных молекул (сахаров, аминокислот), осуще­ствляемый с помощью специальных мембранных транспортных белков называется облегченной диффузией. Такие белки обна­ружены во всех типах биологических мембран, и каждый конкрет­ный белок предназначен для переноса молекул определенного клас­са. Транспортные белки являются трансмембранными, их полипеп­тидная цепь пересекает липидный бислой несколько раз, формируя в нем сквозные проходы. Это обеспечивает перенос специфичес­ких веществ через мембрану без непосредственного контакта с ней. Существует два основных класса транспортных белков: белки-переносчики (транспортеры) и каналообразующие белки (бел­ки-каналы). Белки-переносчики переносят молекулы через мембра­ну, предварительно изменяя их конфигурацию. Каналообразующие белки формируют в мембране заполненные водой поры. Когда поры открыты, молекулы специфических веществ (обычно неорганические ионы подходящего размера и заряда) про­ходят сквозь них. Если молекула транспортируемого вещества не имеет заряда, то направление транспорта определяется градиентом концентрации. Если молекула заряжена, то на ее транспорт, кроме градиента кон­центрации, влияет и электрический заряд мембраны (мембранный потенциал). Внутренняя сторона плазмалеммы обычно заряжена от­рицательно по отношению к наружной. Мембранный потенциал об­легчает проникновение в клетку положительно заряженных ионов и препятствует прохождению ионов заряженных отрицательно.

Активный транспорт. Активным транспортом называется перенос веществ против элек­трохимического градиента. Он всегда осуществляется белками-транспортерами и тесно свя­зан с источником энергии. В белках-перенос­чиках имеются участки связывания с транспор­тируемым веществом. Чем больше таких учас­тков связывается с веще­ством, тем выше ско­рость транспорта. Селективный перенос одного вещества называется унипортом. Перенос нескольких веществ осуществляют котранспортные системы. Если перенос идет в одном направлении — это симпорт, если в противоположных – антипорт. Так, например, глюкоза из внеклеточной жидкости в клетку переносится унипортно. Перенос же глюкозы и Na⁴ из полости кишечника или канальцев почек соответственно в клетки кишечника или кровь осу­ществляется симпортно, а перенос С1~ и НСО’ антипортно. Предпо­лагается, что при переносе возникают обратимые конформационные изменения в транспортере, что и позволяет премещать соединенные с ним вещества.

Примером белка-переносчика, использующего для транспорта веществ энергию выделившуюся при гидролизе АТФ, является Na⁺-К⁺ насос, обнаруженный в плазматической мембране всех клеток. Na⁺-K насос работает по принципу антипорта, перекачи­вая Na» из клетки и К^т внутрь клетки против их электрохимических градиентов. Градиент Na⁺ создает осмотическое давление, поддер­живает клеточный объем и обеспечивает транспорт сахаров и ами­нокислот. На работу этого насоса тратится треть всей энергии не­обходимой для жизнедеятельности клеток. При изучении механизма действия Na⁺-K⁺ насоса было установ­лено, что он является ферментом АТФазой и трансмембранным ин­тегральным белком. В присутствии Na⁺ и АТФ под действием АТФа-зы от АТФ отделяется концевой фосфат и присоединяется к остатку аспарагиновой кислоты на молекуле АТФазы. Молекула АТФазы фосфорилируется, изменяет свою конфигурацию и Na⁺ выводится из клетки. Вслед за выведением Na из клетки всегда происходит транс­порт К’ в клетку. Для этого от АТФазы в присутствии К отщепляется ранее присоединенный фосфат. Фермент дефосфорилируется, восста­навливает свою конфигурацию и К¹ «закачивается» в клетку.

АТФаза образована двумя субъединицами, большой и малой. Большая субъединица состоит из тысячи аминокислотных остатков, пересекающих бислой несколько раз. Она обладает каталитической активностью и способна обратимо фосфорилироваться и дефосфорилироваться. Большая субъединица на цитоплазматической сторо­не имеет участки для связывания Na⁺ и АТФ, а на внешней стороне -участки для связывания К⁺ и уабаина. Малая субъединица является гликопротеином и функция его пока не известна.

Na⁺-K насос обладает электрогенным эффектом. Он удаляет три положительно заряженных иона Na^f из клетки и вносит в нее два иона К В результате через мембрану течет ток, образующий элект­рический потенциал с отрицательным значением во внутренней час­ти клетки по отношению к ее наружной поверхности. Na»-K⁺ насос регулирует клеточный объем, контролирует концентрацию веществ внутри клетки, поддерживает осмотическое давление, участвует в создании мембранного потенциала.

Транспорт в мембранной упаковке. Перенос через мембрану макромолекул (белков, нуклеиновых кис­лот, полисахаридов, липопротеидов) и других частиц осуществляет­ся посредством последовательного образования и слияния окружен­ных мембраной пузырьков (везикул). Процесс везикулярного транспор­та проходит в две стадии. Вначале мембрана пузырька и плазмалемма слипаются, а затем сливаются. Для протекания 2 стадии необхо­димо чтобы молекулы воды были вы­теснены взаимодействующими липидными бислоями, которые сближаются до расстояния 1-5 нм. Считает­ся, что данный процесс активизируют специальные белки слияния (они выделены пока только у вирусов). Везикулярный транспорт имеет важную особенность — поглощенные или секретируемые макромолекулы, находящиеся в пузырьках, обычно не смешиваются с другими макромоле­кулами или органеллами клетки. Пу­зырьки могут сливаться со специфи­ческими мембранами, что и обеспе­чивает обмен макромолекулами меж­ду внеклеточным пространством и содержимым клетки. Аналогично происходит перенос макромолекул из одного компартмента клетки в другой.

Транспорт макромолекул и частиц в клетку называется эндоцитозом. При этом транспортируемые вещества обволакиваются ча­стью плазматической мембраны, образуется пузырек (вакуоль), ко­торый перемещается внутрь клетки. В зависимости от размера обра­зующихся пузырьков различают два вида эндоцитоза — пиноцитоз и фагоцитоз.

Пиноцитоз обеспечивает поглощение жидкости и растворенных веществ в виде небольших пузырьков (d=150 нм). Фагоцитоз — это поглощение больших частиц, микроорганизов или обломков органелл, клеток. При этом образуют­ся крупные пузырьки, фагосомы или вакуоли (d-250 нм и более). У простейших фагоцитарная функция — форма питания. У млекопита­ющих фагоцитарная функция осуществляется макрофагами и нейтрофилами, защищающими организм от инфекции путем поглоще­ния вторгшихся микробов. Макрофаги участвуют также в утилиза­ции старых или поврежденных клеток и их обломков (в организме человека макрофаги ежедневно поглощают более 100 старых эрит­роцитов). Фагоцитоз начинается только тогда, когда поглощаемая частица свяжется с поверхностью фагоцита и активирует специализирован­ные рецепторные клетки. Связывание частиц со специфическими ре­цепторами мембраны вызывает образование псевдоподии, кото­рые обволакивают частицу и, сливаясь краями, образуют пузырек —фагосому. Образование фагосомы и собственно фагоцитоз проис­ходит лишь в том случае, если в процессе обволакивания частица постоянно контактирует с рецепторами плазмалеммы, как бы «засте­гивая молнию».

Значительная часть материала, поглощенного клеткой путем эн­доцитоза, заканчивает свой путь в лизосомах. Большие частицы вклю­чаются в фагосомы, которые затем сливаются с лизосомами и обра­зуют фаголизосомы. Жидкость и макромолекулы, поглощенные при пиноцитозе, первоначально переносятся в эндосомы, которые так­же сливаются с лизосомами, образуя эндолизосомы. Присутствую­щие в лизосомах разнообразные гидролитические ферменты быст­ро разрушают макромолекулы. Продукты гидролиза (аминокис­лоты, сахара, нуклеотиды) транспортируются из лизосом в цитозоль, где используются клеткой. Большинство мембранных компонентов эндоцитозных пузырьков из фагосом и эндосом возвращаются с по­мощью экзоцитоза к плазматической мембране и там повторно ути­лизируются. Основным биологическим значением эндоцитоза явля­ется получение строительных блоков за счет внутриклеточного пе­реваривания макромолекул в лизосомах.

Поглощение веществ в эукариотических клетках начинается в спе­циализированных областях плазматической мембраны, так называе­мых окаймленных ямках. На электронных микрофотографиях ямки выглядят как впячивания плазматической мембраны, цитоплазматическая сторона которых покрыта волокнистым слоем. Слой как бы окаймляет небольшие ямки плазмалеммы. Ямки занимают около 2% об­щей поверхности клеточной мебраны эукариотов. В течении минуты ямки растут, все глубже впячивают­ся, втягиваются в клетку и затем, сужаясь у основания, отщепляются, образуя окаймленные пузырьки. Установлено, что из плаз­матической мембраны фибробластов в течении одной минуты отщеп­ляется примерно четвертая часть мембраны в виде окаймленных пу­зырьков. Пузырьки быстро теряют свою кайму и приобретают способ­ность сливаться с лизосомой.

Эндоцитоз может быть неспецифическим (конститутивным) и специфическим (рецепторным). При неспецифическом эндоцитозе клетка захватывает и поглощает совершенно чуждые ей вещества, например, частицы сажи, красители. Вначале происходит осаждение частиц на гликокаликсе плазмалеммы. Особенно хорошо осаждаются (адсорбируются) по­ложительно заряженные группы белков, так как гликокаликс несет отрицательный заряд. Затем изменяется морфология клеточной мембраны. Она может либо погружаться, образуя впячивания (инвагинации), либо, наоборот, формировать выросты, которые как бы складываются, отделяя небольшие объемы жидкой среды. Образование инвагинаций более характерно для клеток кишечного эпителия, амеб, а выростов — для фагоцитов и фибробластов. Заблокировать эти процессы можно ингибиторами дыхания. Образовавшиеся пузырьки — первичные эндосомы, могут сливать­ся между собой, увеличиваясь в размере. В дальнейшем они соеди­няются с лизосомами, превращаясь в эндолизосому — пищеваритель­ную вакуоль. Интенсивность жидкофазного неспецифического пиноцитоза до­вольно высока. Макрофаги образуют до 125, а клетки эпителия тонко­го кишечника до тысячи пиносом в минуту. Обилие пиносом приво­дит к тому, что плазмалемма быстро тратится на образование множе­ства мелких вакуолей. Восстановление мембраны идет довольно быс­тро при рециклизации в процессе экзоцитоза за счет возвращения ва­куолей и их встраивания в плазмалемму. У макрофагов вся плазмати­ческая мембрана замещается за 30 минут, а у фибробластов за 2 часа.

Более эффективным способом поглощения из внеклеточной жид­кости специфических макромолекул является специфический эндоцитоз (опосредуемый рецепторами). Макромолекулы при этом связываются с комплементарными рецепторами на поверхности клетки, накапливаются в окаймленной ямке, и затем, образуя эндосому, погружаются в цитозоль. Рецепторный эндоцитоз обеспечи­вает накопление специфических макромолекул у своего рецептора. Молекулы, которые связываются на поверхности плазмалеммы с рецеп­тором, называются лигандами. При помощи рецепторного эндоцитоза во многих живот­ных клетках идет поглощение холестерина из внеклеточной среды.

Плазмолемма принимает участие в выведении веществ из клетки (экзоцитоз). В этом случае вакуоли подходят к плазмолемме. В местах контактов плазмолемма и мембрана вакуоли сливаются и содержимое вакуоли поступает в окружающую среду. У некоторых простейших места на клеточной мембране для экзоцитоза заранее предопределены. Так, в плазматической мембране некоторых ресничных инфузорий есть определенные участки с пра­вильным расположением крупных глобул интегральных белков. У мукоцист и трихоцист инфузорий полностью готовых к секреции, на верхней части плазмалеммы имеется венчик из глобул интегральных белков. Этими участками мембраны мукоцист и трихоцист соприка­саются с поверхностью клетки. Своеобразный экзоцитоз наблюдается в нейтрофилах. Они спо­собны при определенных условиях выбрасывать в окружающую сре­ду свои лизосомы. При этом в одних случаях образуются небольшие выросты плазмалеммы, содержащие лизосомы, которые затем отры­ваются и переходят в среду. В других случаях наблюдается инваги­нация плазмалеммы вглубь клетки и захват ею лизосом, распложен­ных далеко от поверхности клетки.

Процессы эндоцитоза и экзоцитоза осуществляется при участии связанной с плазмолеммой системы фибриллярных компонентов цитоплазмы.

Рецепторная функция плазмалеммы. Это одна из главных, универсальных для всех клеток, является рецепторная функция плазмалеммы. Она определяет взаимодействие клеток друг с другом и с внешней средой..

Все многообразие информационных межклеточных взаимодей­ствий схематически можно представить как цепь последовательных реакций сигнал-рецептор-вторичный посредник-ответ (концепция сигнал-ответ). Передачу информации от клетки к клетке осуществляют сигналь­ные молекулы, которые вырабатываются в одних клетках и специ­фически влияют на другие, чувствительные к сигналу (клетки-ми­шени). Сигнальная молекула — первичный посредник связыва­ется с находящимися на клетках-мишенях рецепторами, реагирую­щими только на определенные сигналы. Сигнальные молекулы —лиганды- подходят к своему рецептору как ключ к замку. Лиганда-ми для мембранных рецепторов (рецепторов плазмалеммы) явля­ются гидрофильные молекулы, пептидные гормоны, нейромедиа-торы, цитокины, антитела, а для ядерных рецепторов — жирораство­римые молекулы, стероидные и тиреоидные гормоны, витамин Д В качестве рецепторов на поверх­ности клетки могут выступать белки мембраны или элементы гликокалик-са — полисахариды и гликопротеиды. Считается, что чувствительные к от­дельным веществам участки, разбро­саны по поверхности клетки или со­браны в небольшие зоны. Так, на по­верхности прокариотических клеток и клеток животных имеется ограни­ченное число мест с которыми могут связываться вирусные частицы. Мем­бранные белки (переносчики и кана­лы) узнают, взаимодействуют и пере­носят лишь определенные вещества. Клеточные рецепторы участвуют в пе­редаче сигналов с поверхности клет­ки внутрь ее. Разнообразие и специфичность набо­ров рецепторов на поверхности клеток ведет к созданию очень сложной систе­мы маркеров, позволяющих отличать свои клетки от чужих. Сходные клетки взаимодействуют друг с другом, поверх­ности их могут слипаться (конъюгация у простейших, образование тканей у мно­гоклеточных). Клетки не воспринимаю­щие маркеры, а также отличающиеся на­бором детерминантных маркеров унич­тожаются или отторгаются. При образовании комплекса рецептор-лиганд активируются трансмембранные белки: белок преобразователь, белок усилитель. В результате рецептор изменяет свою конформацию и взаимодейству­ет с находящимся в клетке предшественником вторичного посредни­ка — мессенджером. Мессенджерами могут быть ионизированный кальций, фосфолипаза С, аденилатциклаза, гуанилатциклаза. Под влиянием мессенджера происходит активация ферментов, участвующих в синтезе циклических монофосфатов — АМФ или ГМФ. Последние изменяют актив­ность двух типов ферментов протеинкиназ в цитоплазме клетки, веду­щих к фосфорилированию многочисленных внутриклеточных белков.

Наиболее распространено образование цАМФ, под действием ко­торого усиливается секреция ряда гормонов — тироксина, кортизона, прогестерона, увеличивается распад гликогена в печени и мышцах, частота и сила сердечных сокращений, остеодеструкция, обратное всасывание воды в канальцах нефрона.

Активность аденилатциклазной системы очень велика — синтез цАМФ приводит к десяти тысячному усилению сигнала.

Под действием цГМФ увеличивается секреция инсулина подже­лудочной железой, гистамина тучными клетками, серотонина тром­боцитами, сокращается гладкомышечная ткань.

Во многих случаях при образовании комплекса рецептор-лиганд происходит изменение мембранного потенциала, что в свою очередь приводит к изменению проницаемости плазмалеммы и метаболичес­ких процессов в клетке.

На плазматической мембране находятся специфические рецеп­торы, реагирующие на физические факторы. Так, у фотосинтезирующих бактерий на поверхности клетки располагаются хлорофиллы, реагирующие на свет. У светочувствительных животных в плазмати­ческой мембране находится целая система фогорецепторных белков-родопсинов, с помощью которых световой раздражитель трансфор­мируется в химический сигнал, а затем электрический импульс.

 

3.     Межклеточные контакты

У многоклеточных животных организмов плазмолемма принимает участие в образовании межклеточных соединений, обеспечивающих межклеточные взаимодействия. Различают несколько типов таких структур.

§ Простой котакт. Простой контакт встречается среди большинства прилежащих друг к другу клеток различного происхождения. Представляет собой сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15-20 нм. При этом происходит взаимодействие слоев гликокаликса соседних клеток.

§ Плотный (замыкающий) контакт. При таком соединении внешние слои двух плазмолемм максимально сближены. Сближение настолько плотное, что происходит как бы слияние участков плазмолемм двух соседних клеток. Слияние мембран происходит не по всей площади плотного контакта, а представляет собой ряд точечных сближений мембран. Роль плотного контакта заключается в механическом соединении клеток друг с другом. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов и, следовательно, она запирает, отграничивает межклеточные щели (и вместе с ними собственно внутреннюю среду организма) от внешней среды.

§  Пятно сцепления, или десмосома. Десмосома представляет собой небольшую площадку диаметром до 0,5 мкм.  В зоне десмосомы со стороны цитоплазмы находится область тонких фибрилл. Функциональная роль десмосом в основном заключается в механической связи между клетками.

§  Щелевой контакт, или нексус. При таком типе контакта плазмолеммы соседних клеток на протяжении 0,5-3 мкм разделены промежутком в 2-3 нм. В структуре плазмолемм располагаются специальные белковые комплексы (коннексоны). Одному коннексону на плазматической мембране клетки точно противостоит коннексон на плазматической мембране соседней клетки. В результате образуется канал из одной клетки в другую. Коннексоны могут сокращаться, изменяя диаметр внутреннего канала, и тем самым участвовать в регуляции транспорта молекул между клетками. Этот тип соединения встречается во всех группах тканей. Функциональная роль щелевого контакта заключается в переносе ионов и мелких молекул от клетки к клетке. Так, в сердечной мышце возбуждение, в основе которого лежит процесс изменения ионной проницаемости, передается от клетки к клетке через нексус.

§  Синаптический контакт,или синапс. Синапсы — участки контактов двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одного элемента к другому. Этот тип соединений характерен для нервной ткани и встречается как между двумя нейронами, так и между нейроном и каким-либо иным элементом. Мембраны этих клеток разделены межклеточным пространством – синаптической щелью шириной около 20-30 нм. Мембрана в области синаптического контакта одной клетки называется пресинаптической, другой – постсинаптической. Около пресинаптической мембраны выявляется огромное количество мелких вакуолей (синаптических пузырьков), содержащих медиатор. В момент прохождения нервного импульса синаптические пузырьки выбрасывают медиатор в синаптичекую щель. Медиатор взаимодействует с рецепторными участками постсинаптической мембраны, что в конечном итоге приводит к передаче нервного импульса. Кроме передачи нервного импульса синапсы обеспечивают жесткое соединение поверхностей двух взаимодействующих клеток.

§ Плазмодесмы. Этот тип межклеточных связей встречается у растений. Плазмодесмы представляют собой тонкие трубчатые каналы, соединяющие две соседние клетки. Диаметр этих каналов составляет обычно 40-50 нм. Плазмодесмы проходят сквозь клеточную стенку, разделяющую клетки. В молодых клетках число плазмодесм может быть очень велико (до 1000 на клетку). При старении клеток их число падает за счет разрывов при увеличении толщины клеточной стенки. Функциональная роль плазмодесм заключается в обеспечении межклеточной циркуляции растворов, содержащих питательные вещества, ионы и другие соединения. Через плазмодесмы происходит заражение клеток растительными вирусами.

Специализированные структуры плазматической мембраны

Плазмолемма многих клеток животных образует выросты различной структуры (микроворсинки, реснички, жгутики). Наиболее часто на поверхности многих животных клеток встречаются микроворсинки. Эти выросты цитоплазмы, ограниченные плазмолеммой, имеющие форму цилиндра с закругленной вершиной. Микроворсинки характерны для клеток эпителиев, но обнаруживаются и у клеток других тканей. Диаметр микроворсинок составляет около 100 нм. Число и длина их различны у разных типов клеток. Значение микроворсинок заключается в значительном увеличении площади клеточной поверхности. Это особенно важно для клеток, участвующих во всасывании. Так, в кишечном эпителии на 1 мм² поверхности насчитывается до 2х10⁸ микроворсинок.

 

 

 

studizba.com

Плазматическая мембрана — Letopisi.ru

Материал из Letopisi.Ru — «Время вернуться домой»

Шаблон:Campus Клеточная (плазматическая) мембрана – это полупроницаемый барьер, отделяющий цитоплазму клеток от окружающей среды. В настоящее время в биологии принята за основу жидкостно-мозаичная модель мембраны, предложенная в 70-е годы XX века Дж. Сингером и Г. Никольсоном.

Эта модель базируется на нескольких основных принципах:

1. Мембрана состоит из двойного слоя липидных молекул. Гидрофильные, полярные части молекул (головки) располагаются снаружи мембраны, гидрофобные, неполярные части (хвостовые) – внутри.

2. В липидный бислой мозаично встроены мембранные белки. Одни из них проходят через мембрану насквозь (их называют — интегральными), другие располагаются на внешней или внутренней поверхности мембраны (их называют – периферическими).

3. Липидная основа мембраны обладает свойствами жидкости (типа жидкого масла) и может менять свою плотность. Вязкость мембраны зависит от состава липидов и температуры. В связи с этим, мембранные белки и сами липиды могут свободно двигаться по мембране и внутри ее. Это очень важное свойство мембраны, которое обеспечивает выполнение мембраной множества функций (см. ниже)

4. Мембраны большинства внутриклеточных мембранных органоидов имеют принципиальное сходство с плазматической мембраной.

5. Несмотря на общность строения мембран всех клеток, состав белков и липидов в каждом виде клеток и внутри клетки различен. Различен также состав наружного и внутреннего липидных слоев.

Мембрана выполняет в клетке целый комплекс функций, связанный с поддержанием целостности клетки, обеспечением обмена веществ и энергии между клеткой и окружающей средой и взаимодействием с другими клетками.

Транспортная функция

Плазматическая мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера, который пропускает и не пропускает только определенные вещества и молекулы. Выделяют несколько разновидностей транспорта через мембрану: пассивный транспорт, активный транспорт, ионный транспорт, транспорт в мембранной упаковке (эндо и экзоцитоз).

Пассивный транспорт – это транспорт через мембрану веществ из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Он осуществляется в двух формах: в форме простой диффузии и в форме «облегченной» диффузии. Оба этих процесса не нуждаются в энергии, идут относительно медленно и останавливаются, когда концентрация веществ по обе стороны мембраны уравняется. Скорость диффузии и сама возможность транспорта веществ через мембрану зависит (помимо концентрации) от ряда факторов: температуры, размера молекул, способности растворяться в липидах. Жирорастворимые вещества проходят через липидные слои легко, водорастворимые – с трудом. В мембране существуют специальные липидные и белковые «поры», через которые и проходит диффузия. Простая диффузия относительно медленный процесс и природа приспособила для ускорения транспорта специальные мембранные белки – переносчики. Они соединяются с транспортируемым веществом и переносят его с одной стороны мембраны на другую. Для каждой группы веществ в мембране должны быть свои переносчики. Такой процесс и называется «облегченная диффузия», протекая в десятки раз быстрее простой диффузии.

Ионный транспорт – это разновидность пассивного транспорта для заряженных ионов, но имеет свои особенности. Белки в цитоплазме клетки несут на своей поверхности, как правило, отрицательный заряд, создавая определенный электрический фон в клетке. Если в клетку направляются потоки положительных (катионы) или отрицательных (анионы) ионов, то положительных ионов войдет больше, поскольку часть катионов будет связываться белками цитоплазмы, нейтрализоваться и создавать дополнительную разницу концентраций разнозаряженных ионов внутри и снаружи клетки. Для транспорта ионов в мембране есть либо специальные ионные поры, либо переносчики.

Активный транспорт – наиболее важная форма транспорта для клетки. Диффузия, если она продолжается достаточно долго, приводит к тому, что по обе стороны мембраны устанавливается равновесие, что недопустимо для клетки – это для нее смерть. Состав цитоплазмы и межклеточной жидкости сильно различаются. Поэтому в клетке существует система «активного транспорта». В этом случае транспорт молекул осуществляется против градиента концентрации (из зоны низкой концентрации в зону высокой). Для этого существуют специальные белковые мембранные комплексы (ионные и молекулярные каналы), работающие с затратой энергии. До 40% всей энергии, вырабатываемой клеткой, идет на транспортные расходы!

Транспорт в мембранной упаковке (эндо – и экзоцитоз). Во многих случаях клетка должна транспортировать через мембрану не отдельные молекулы или ионы, а целые молекулярные комплексы и даже частицы. Они через мембранные поры не проходят. В связи с этим, в клетке существует специальная разновидность транспорта – транспорт в мембранной упаковке. В одних случаях происходит выпячивание наружной плазматической мембраны, охватывающей инородную частицу (например: частицу пищи или бактерию), замыкание ее в мембранное кольцо и погружение вглубь цитоплазмы клетки. Такой процесс был открыт знаменитым Российским ученым, лауреатом Нобелевской премии И.И.Мечниковым и назван фагоцитозом. Это явление было обнаружено при изучении защитных свойств клеток крови, которые захватывали бактерии и нейтрализовали их. Более мелкие частицы и капельки жидкости клетка захватывает путем образования впячиваний мембраны – этот процесс получил наименование пиноцитоз (греч. pinos- жидкость).

На самом деле фагоцитоз и пиноцитоз – это разновидности общего явления, характерного для большинства клеток – эндоцитоза. Процесс обратный эндоцитозу – выведение из клеток каких либо веществ и продуктов получил название экзоцитоза. На базе мембранного транспорта построен весь процесс выделения и поглощения секретов и гормонов клетками. Важно подчеркнуть, что эндо- и экзоцитоз являются энергозатратными процессами и, таким образом, относятся к разновидностям активного транспорта.

Рецепторная функция мембраны

Принципы работы мембранных рецепторов.

Клетка постоянно получает сигналы из внешней среды о наличии там разнообразных сигнальных молекул и должна адекватно отвечать на эти сигналы, передавая информацию от них внутрь клетки. Для этого в плазматической мембране встроены специальные рецепторные комплексы. Как правило, это сложные образования из нескольких белковых молекул (в состав рецепторов могут входить также мембранные липиды и углеводы).

Все разнообразные рецепторы клеточных мембран имеют ряд общих особенностей:

1. Рецепторы специфичны – т.е. связываются только с определенными веществами. Специфичность рецептора определяется структурой «активного центра» в его молекуле и возможностью других молекул связываться с этим активным центром.

2. Процесс рецепции и передачи сигнала на мембрану или вглубь клетки проходит со значительной затратой энергии.

3. По принципу работы все рецепторы можно разделить на три группы: рецепторы прямого действия; рецепторы непрямого действия и каталитические рецепторы. В первом случае молекула связывается с рецепторной частью комплекса и передает сигнал непосредственно на ионный канал. Во втором варианте рецепторная часть комплекса передает сигнал на ионный канал в мембране или вглубь клетки через систему вспомогательных белков, называемых «вторичными посредниками». При третьем варианте рецепторная часть комплекса после взаимодействия с сигнальной молекулой активируется и выполняет функции фермента, влияя, таким образом, на работу клетки.

Изолирующая функция мембраны. Межклеточные контакты

В многоклеточном организме клетки находятся в постоянном контакте друг с другом, который иногда приобретает черты тесного взаимодействия. Особенно это проявляется в тканях, которые граничат с наружной средой (покровы, кишечник, дыхательные пути) или где возникает необходимость тесного контакта клеток для согласованной работы (гладкие и сердечные мышцы, нервные клетки и волокна).

Встречаются четыре разновидности межклеточных контактов: изолирующие контакты (tigth junction), плотные контакты (gap junction), десмосомы (desmosome) и адгезионные контакты (adhesion junction).

Изолирующие контакты оправдывают свое название – белковые комплексы в мембранах соседних клеток соединяются таким образом, что через этот контакт не проходят никакие молекулы и ионы. Плотные контакты пропускают мелкие молекулы, ионы и через них может происходить обмен между клетками. В частности, плотные контакты приспособлены нервными и мышечными клетками для передачи электрических сигналов. Десмосомы предназначены для скрепления группы клеток друг с другом или с каким-либо другим субстратом.

Они могут быстро исчезать и снова образовываться. Адгезионные контакты также предназначены для прикрепления клеток друг к другу. Они более лабильны и могут быстро образовываться и исчезать по мере необходимости.

letopisi.org

Функции плазматической мембраны — Мегаобучалка

Плазматическая мембрана выполняет множество функций. Перечислим наиболее важные.

· Перенос веществ через мембрану. Через мембрану осуществляется транспорт веществ в обе стороны мембраны.

· Перенос информации через мембрану. На мембране информация из вне воспринимается преобразуется и передаётся в клетку или из клетки. Существенную роль при это м играют рецепторы мембран.

· Защитная роль. а) защищает содержимое клетки от механических повреждений, химических реагентов и биологической агрессии, например от проникновения вирусов и др.;

б) в многоклеточном организме рецепторы плазматической мембраны формируют иммунный статус организма;

в) в многоклеточном организме мембрана обеспечивает протекание реакции фагоцитоза.

• Ферментативная — в мембранах находятся различные ферменты (например, фосфолипаза А и др.), которые осуществляют целый ряд ферментативных реакций.
• Гликопротеины и гликолипиды на цитоплазматической мембране осуществляют контакт с мембранами других клеток.

 

Некоторые из перечисленных функций рассмотрим более детально.

а. Транспортная функция. Через мембрану внутрь клетки и наружу происходит перемещение различных веществ, в том числе и лекарственных препаратов. В зависимости от размера переносимых через мембрану молекул различают два вида транспорта: без нарушения целостности мембраны и с нарушением целостности мембраны. Первый тип транспорта может осуществляется двумя путями – без затрата энергии (пассивный транспорт) и с затратой энергии (активный транспорт) (см. рис. 4). Пассивный перенос происходит за счёт диффузии по электрохимическому градиенту в результате броуновского движения атомов и молекул. Этот вид транспорта может осуществляться непосредственно через липидный слой, без какого-либо участия белков и углеводов или при помощи специальных белков – транслоказ. Через липидный слой в основном транспортируются молекулы веществ, которые растворимы в жирах, и малые незаряженные или слабозаряженные молекулы, такие как вода, кислород, углекислый газ, азот, мочевина, жирные кислоты, а также многие органические соединения (например, наркотики) хорошо растворимые в жирах. Транслоказы, могут переносить вещество через мембраны в сторону его меньшей концентрации, не затрачивая энергии, при помощи двух различных механизмов – через канал, который проходит внутри белка, или путём соединения выступающей из мембраны части белка с веществом, поворотом комплекса на 180⁰ и отсоединением вещества от белка. Диффузия веществ через мембрану с участием белков важна тем, что она идёт значительно быстрее простой диффузии, через липидный слой без участия белков. Поэтому диффузия, в которой принимают участие транслоказы, называют облегчённой диффузией. По такому принципу в клетку транспортируются некоторые ионы (например, ион хлора) и полярные молекулы, а также глюкоза.

Для активного переноса веществ через мембрану характерны три свойства:

1. Активный перенос осуществляется против градиента концентрации.

2. Осуществляется белком переносчиком.

3. Идёт с затратой энергии.

Энергия при активном переносе веществ необходима для того, чтобы перенести вещество против градиента его концентрации. Системы активного переноса часто называют мембранными насосами. Энергия в этих системах может быть получена из различных источников, чаще всего таким источником служит АТФ. Расщепление фосфатных связей в АТФ осуществляет интегральный белок-фермент АТФ-аза. Поэтому этот фермент и находится в мембране многих клеток в виде интегрального белка. Важно то, что этот фермент не только освобождает энергию из АТФ, но и осуществляет перемещение вещества. Поэтому система активного переноса состоит чаще всего из одного белка — АТФ-азы, который получает энергию и перемещает вещество. Иными словами, процесс перемещения и энергообеспечения в АТФ-азе сопряжены. В зависимости от того, какие вещества перекачивает АТФ-аза насосы называют или Na⁺, K⁺— АТФ-аза или Ca²⁺-АТФ-аза.Первые регулируют содержание в клетке натрия и калия, вторые кальция (этот тип насосов чаще всего размещён на каналах ЭПС). Сразу же отметим важный для медицинских работников факт: для успешной работы калий-натриевого насоса, клетка затрачивает около 30% энергии основного обмена. Это очень большой объём. Эта энергия тратится на поддержку определённых концентраций натрия и калия в клетке и межклеточном пространстве;- в клетке содержится калия больше, чем в межклеточном пространстве, натрия, наоборот, больше в межклеточном пространстве, чем в клетке. Такое распределение, далёкое от осмотического равновесия, обеспечивает наиболее оптимальный режим работы клетки.

 

 

 

Рис. 4. Классификация типов транспорта веществ через мембрану.

 

Путём активного переноса происходит перемещение через мембрану неорганических ионов, аминокислот и сахаров, практически всех лекарственных веществ, имеющих полярные молекулы – парааминобензойная кислота, сульфаниламиды, йод, сердечные гликозиды, витамины группы В, кортикостероидные гормоны и др.

Для наглядной иллюстрации процесса переноса веществ через мембрану мы приводим (с небольшими изменениями) рисунок 5 взятый из книги «Молекулярная биология клетки» (1983) Б. Альбертса и др. учёных, считающихся лидерами в разработке теории

 

Транспортируемая молекула

 

 

Канальный Белок

белок переносчик

Липидный Электрохимич.

бислой градиент

 

Затрата

энергии

Простая диффузия Облегчённая диффузия

Пассивный транспорт Активный транспорт

 

Рис 5. Многие мелкие незаряженные молекулы свободно проходят через липидный бислой. Заряженные молекулы, крупные незаряженные молекулы и некоторые мелкие незаряженные молекулы проходят через мембраны по каналам или порам либо с помощью специфических белков переносчиков. Пассивный транспорт всегда направлен против электрохимического градиента в сторону установления равновесия. Активный же транспорт осуществляется против электрохимического градиента и требует энергетических затрат.

трансмембранного переноса, отражены основные типы переноса веществ через мембрану. Следует отметить что белки, участвующие в трансмембранном переносе, относятся к интегральным белкам и чаще всего представлены одним сложноорганизованным белком.

Перенос высокомолекулярных молекул белка и др. больших молекул через мембрану в клетку осуществляется эндоцитозом (пиноцитоз, фагоцитоз и эндоцитоз), а из клетки – экзоцитозом. Во всех случаях эти процессы отличаются от вышеизложенных тем, что переносимое вещество (частица, вода, микроорганизмы или др.) вначале упаковывается в мембрану и в таком виде переносится в клетку или выделяется из клетки. Процесс упаковки может происходить как на поверхности плазматической мембраны, так и внутри клетки

 

megaobuchalka.ru

Липиды в плазматической мембране выполняют функцию

Книга:Руководство по эндокринной гинекологии. Часть 1.Репродуктивные органы.

Девочки, для тех,кто хочет знать больше, кто хочет узнать истину женских проблем, физиологические нормы и многое другое….Продолжение следует… Автор: Вихляева Е.М. Руководство по эндокринной гинекологии Список сокращений АВР- активированное время рекальцификации аГнРГ- агонисты гонадотропин-рилизинг гормона АТС- адреногенитальный синдром АД- артериальное давление АКТГ- адренокортикотропный гормон АР- андрогеновые рецепторы АЧТВ- активированное частичное тромбопластиновое время БАТ- биологически активные точки ВНАСГ- врожденные нарушения анатомического строения гениталий ВВПО- воспаление внутренних половых органов Г- гестринон ГАМК- у-аминомасляная кислота ГЛ- гонадолиберин ГнРГ- гонадотропин-рилизинг гормон ГР- глюкокортикоидные рецепторы…

Читать полностью… Катя 13 апреля 2011, 13:48

Производство женского молока с физиологической точки зрения. Большая статья.

Наконец-то я нашла тему, которая была мне интересна давненько. Тема оказалась глобальной, когда я начала изучать материал. Но, ведь с точки зрения науки, даже самые мизерные процессы имеют огромную подоплеку.  Так вот, на бб тут пишут все о ГВ, о его пользе,о том,как оно влияет на иммунитет и на интеллект, кто-то пишет о гадостях грудного молока. фак, одна бабская болтовня. И никто не написал, как женский ,тоесть наш(!) организм формирует это самое молоко. А ведь с физической или химической точки…

Читать полностью…

www.babyblog.ru