Клітинні мембрани

Клітинні мембрани — це структури, які оточують клітину й формують усередині неї ряд органел. Це так звані мембранні органели — ядро, мітохондрії, вакуолі тощо. Мембрани утворені двома шарами ліпідів, у яких розташовані молекули білків. Білки й ліпіди мембран часто можуть приєднувати до себе молекули вуглеводів, утворюючи глікопротеїди і гліколіпіди (мал. 10.1). Унаслідок рідиноподібності ліпідів, що утворюють мембрану, занурені в ліпідний шар протеїни є досить рухливими. Тому модель, яка описує будову мембрани, називають рідинно-мозаїчною.

Функції мембран

Найважливішими функціями біологічних мембран є бар’єрна, рецепторна й транспортна. Мембрани є бар’єрами з вибірковою проникністю, які регулюють обмін речовин між клітиною й навколишнім середовищем, а також між окремими компонентами всередині клітини. Бар’єрні функції мембран виконують, у першу чергу, ліпіди. Саме вони утворюють основу біологічної мембрани.

Рецепторну функцію виконує надмембранний комплекс. І в першу чергу, це глікопротеїди, які утворюють структури, що розташовані на поверхні мембрани.

Мембрани відіграють важливу роль в обміні речовин між клітиною та навколишнім середовищем і забезпечують міжклітинні взаємодії. Саме вони передають сигнали із зовнішнього середовища всередину клітин.

Мал. 10.1. Будова клітинної мембрани

Мембрани виконують також структурну, захисну й ферментативну функції. Вони надають клітинам певної форми, захищають їх від пошкоджень і об’єднують окремі клітини тканин в одне ціле. Ферменти, які розташовуються на поверхні мембран, забезпечують виконання ферментативної функції. Наприклад, під час травлення в кишечнику людини.

Транспорт речовин через мембрани

Транспортна функція мембран є надзвичайно важливою для життєдіяльності клітини. Найбільше значення для її здійснення мають білки. Вони можуть утворювати в мембрані наскрізні канали або транспортувати деякі речовини у зв’язаному вигляді, утворюючи з ними тимчасові сполуки.

Транспортування речовин через мембрану може відбуватися або без витрат енергії клітинами (пасивний транспорт), або з витратами (активний транспорт). Пасивний транспорт здійснюється із зони з високою концентрацією речовини в зону з її низькою концентрацією. А активний транспорт, навпаки, — із зони з низькою концентрацією в зону з високою концентрацією.

Через мембрану транспортуються як великі, так і малі молекули речовин. Переміщення малих молекул відбувається за допомогою простої дифузії, полегшеної дифузії, активного транспорту, а великих — завдяки екто- та ендоцитозу.

Пасивний транспорт

Шляхом простої дифузії здійснюється тільки пасивний транспорт речовин (кисень, вуглекислий газ). А шляхом полегшеної дифузії може здійснюватися як пасивний, так і активний транспорт. Полегшена дифузія може здійснюватися через спеціальні канали, розташовані всередині великих молекул білка. Її можуть здійснювати також спеціальні білки-переносники. Так транспортуються малі органічні молекули (глюкоза, деякі амінокислоти тощо).

Мал. 10.2. Транспорт речовин через мембрану

Надзвичайно важливим для клітин є транспорт молекул води через мембрани. Його особливістю є те, що переносити через мембрану треба тільки молекули води, перешкоджаючи перенесенню розчинених у ній речовин. Цей процес здійснюють спеціальні мембранні білки аквапорини (мал. 10.2).

Активний транспорт

Активний транспорт через клітинну мембрану здійснюється з допомогою спеціальних білкових комплексів або у формі екзо- чи ендоцитозу. Так переміщуються йони та великі молекули, для яких мембрана є непроникною.

Мембранний транспорт до клітини називається ендоцитозом. Мембранний транспорт із клітини — екзоцитозом (мал. 10.3). Транспорт твердих частинок — це фагоцитоз, а транспорт рідких речовин і крапель — піноцитоз.

Прикладом активного транспорту речовин через мембрану клітини є робота натрій-калієвого насосу. Клітині для нормального функціонування необхідно підтримувати певне співвідношення йонів Na+ і К+ у її цитоплазмі та позаклітинному середовищі.

Перенесення йонів Na+ і К+ здійснюється білком, який розташований у клітинній мембрані. Цей білок перекачує йони Na+ з клітини, йони К+ — у клітину. Перенесення цих йонів відбувається із зони з низькою концентрацією йонів у зону з високою їх концентрацією (йонів К+ більше в клітині, а йонів Na+ — поза клітиною). Для здійснення цього процесу використовується енергія молекул АТФ.

Мал. 10.3. Схема екзо- та ендоцитозу

Мал. 10.4. Схема роботи натрій-калієвого насосу

За один цикл роботи насос викачує з клітини 3Na+ та закачує 2К+(мал. 10.4). Тому на зовнішньому боці мембрани накопичується надлишок позитивних йонів. Це створює різницю потенціалів між зовнішнім і внутрішнім боками мембрани. Цю різницю як джерело енергії використовують багато інших білкових комплексів для переносу різних речовин через мембрану.

Клітинні мембрани — це структури, які оточують клітину й формують усередині неї ряд органел. До їхнього складу входять ліпіди, білки й вуглеводи. Ліпіди утворюють подвійний шар. У кожному із шарів гідрофільні частини ліпідних молекул орієнтовані назовні, а гідрофобні — всередину. Білкові комплекси у складі мембрани можуть пронизувати її наскрізь. Вони можуть розміщуватися також і в межах одного шару ліпідів або навіть зовні від мембрани. Склад зовнішнього і внутрішнього шарів ліпідів може відрізнятися. Основними функціями мембран є бар’єрна, транспортна й рецепторна.