Мембраны биологические (membrana оболочка, перепонка) — функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму клетки и внутриклеточные органеллы, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей. Имеются в клетках всех организмов; отсутствуют только у некоторыхрых вирусов. Имеют первостепенное значение для основных проявлений жизнедеятельности.

Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточная, или плазматическая) мембраной и внутриклеточными мембранами (митохондриальной, ядерной, лизосомной и др.). Толщина биологической мембраны составляет 7-10 нм, однако благодаря сравнительно плотной упаковке основных компонентов, а также большой общей площади клеточные мембраны составляют обычно более половины всей массы клетки (в пересчете на сухой вес). Биологические мембраны состоят в основном из белков, липидов, углеводов и воды.

Мембранные липиды — низкомолекулярные вещества. Основную часть липидов составляют полярные липиды. Они представлены главным образом фосфолипидами — фосфатидилхолином (лецитином) и фосфатидилэтанолами ном (кефалином). В животных клетках содержится значительное количество стеринов, преимущественно холестерина, играющего важную роль в этиологии гиперхолестеринемии, атеросклероза и др.

Углеводы мембран химически связаны либо с липидами (гликолипиды), либо с белками (гликопротеиды). Гликолипиды и гликопротеиды функционально чрезвычайно важны, поскольку часто определяют иммуноспецифичность клетки, ее способность к взаимодействию с гормонами, медиаторами, токсинами и др. 

Белковый состав биологических мембран исключительно разнообразен. Большинство мембран содержит белки с молекулярной массой от 25 ООО до 100 ООО дальтон и выше. Мембранные белки по биологической роли делят на три группы:

• обладающие каталитической активностью (ферменты),
• специфически связывающие те или иные вещества (рецепторные белки),
• неактивные, или структурные, белки.

Число ферментов в клетке очень велико. Даже простейшая бактериальная клетка содержит по крайней мере около 100 различных ферментов. Многие ферменты могут функционировать только будучи связанными с мембраной. В мембранах ферменты распределены строго определенным образом и формируют ферментные комплексы.

Рецепторными называют белки, специфически связывающие низкомолекулярные вещества, например, ацетилхолин. Структурные мембранные белки лишены ферментативной активности. Их биологическая роль мало изучена. 

Структурную основу биологических мембран составляет фосфолипидный биомолекулярный слой (бислой), который выполняет функции барьера для ионов и водорастворимых молекул. Он содержит мембранные белки, гликолипиды и гликопротеиды. Белки мембран могут находиться на поверхности липидного бислоя, удерживаемые преимущественно электростатическими силами (периферические белки), либо проникать глубоко в липидный бислой или даже пронизывать его насквозь.

Основные, функции биологических мембран. Для клеток и субклеточных частиц биологических мембран выполняют роль механического осмотического и гидростатического барьера, ограничивающего их от внешнего пространства. В клетках животных необходимость в жесткой оболочке (клеточной стенке) отсутствует. Некоторую жесткость этим клеткам придает небольшой примембранный слой, а также белковые структуры цитоплазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембраны. В зависимости от условий функционирования плазматическая мембрана может образовывать различного типа выросты и выпячивания. Это — микроворсинки, образующие щеточные каемки (например, в клетках эпителия кишечника и почек), микропики, различного рода псевдоподии и пластинчатые выступы. Одна из центральных функций биологических мембран — транспорт веществ через них и регуляция этого процесса. Она сопряжена с такими важнейшими биологическими явлениями, как:

• постоянство внутриклеточного состава ионов,
• возбуждение и проведение нервного импульса,
• запасание и трансформация энергии,
• процессы метаболизма и т. п. 

Источник: vseobiology.ru

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов (рис. 1.6).

Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.

Свойства и функции мембран. Все клеточные мембраны представляют собой подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью.

Мембраны — структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознава-нии факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят другкдругу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание — необходимый этап, предшествующий оплодотворению.

Подобное явление наблюдается в процессе дифференциров-ки тканей. В этом случае сходные по строению клетки с помощью распознающих участков плазмалеммы правильно ориентируются относительно друг друга, обеспечивая тем самым их сцепление и образование тканей. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки. Белки участвуют в обеспечении транспорта определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды.

Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Диффузия —проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации {из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Диффузный транспорт веществ (воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).

При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.

Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемыеионные насосы. Наиболее изученным является Na^—/ К^—-насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na⁺ наружу, поглощая при этом ионы К^—. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К^— и меньшая Na⁺ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.

В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg^2-и Са²⁺.

В процессе активного транспорта ионов в клетку через цито-плазматическую мембрану проникают различные сахара, нукле-отиды, аминокислоты.

Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем — посредством эндоцитоза. При эндоци-тозе {эндо… — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо… — наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пу-

зырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицел-люлоза и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие:

1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.

2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.

3. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).

4. Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).

5. Участвуют в преобразовании энергии.

Источник: StudFiles.net

На сегодня для большинства людей не секрет, что мембраны являются ключевым звеном в регуляции биохимических процессов в клетке. Благодаря биологическим мембранам поддерживается внутренний гомеостаз внутри клетки. Клеточная мембрана высокоизберательно регулирует скорость проникновения разнообразных биологических соединений в клетку, а также выход из нее ферментов и переносчиков. Кроме того, эта структура имеет сложный биологический комплекс, который обеспечивает восприятие, трансформацию, а также передачу информации из внешней среды внутрь клетки.

Клеточная мембрана представляет собой структуру, которая ограничивает клетки и внутриклеточные органеллы (лизосомы, митохондрии, комплекс Гольджи и т.п.).
ждая клетка является целостной системой мембран, построенных с канальцев, мешочков и цистерн. Биологическая мембрана – тонкие пластины (60–70 %) липопротеидной и гликопротеидной природы. Следует обратить внимание, что бактериальные и растительные клетки в отличие от животных неспособны менять свою форму, так как они окружены плотной клеточной стенкой. Клеточная мембрана растительных организмом состоит из полисахаридов, бактерий из моносахаридов, аминосахаров, липидов и аминокислот.

Строение клеточной мембраны.

Основными компонентами клеточных мембран являются липиды (60–70 %) – фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин и холестерол. Холестерин придает биологическим мембранам жесткость, поэтому мембраны с небольшой концентрацией холестерола более эластичные. Белки мембран представлены липопротеидными и гликопротеидными комплексами (30–35 %). Клеточная мембрана в небольшом количестве также содержит углеводы в составе гликопротеидов, гликолипидов, а также гликозамингликанов (5–10 %). В состав клеточных оболочек входят и минорные соединения (нуклеиновые кислоты, антиоксиданты, неорганические ионы, коферменты и т.д.). Плазматические мембраны тесно связаны и составляют единое целое с внутриклеточными мембранами эндоплазматической сети (ретикулум). В состав ретикулума входят гранулярные и агранулярные мембраны эндоплазматической сети, которые разделяют внутреннее пространство клетки на множество отсеков. Это имеет огромное значение в процессе регуляции внутриклеточного транспортирования веществ и течения обменных процессов.

Функции клеточной мембраны.

Клеточные мембраны обеспечивают барьерную функцию, которая проявляется в виде избирательного, регулируемого обмена веществ с окружающей средой. Благодаря избирательной проницаемости внутрь клетки могут попадать вещества только определенного размера.

Транспортная функция биомембран обеспечивает перенос питательных веществ внутрь клетки и удаление конечных метаболитов из нее. Клеточная мембрана принимают участие в поддержании оптимального рН. Те соединения, которые не способные пересечь билипидный слой, они проникают с помощью специфичных белков-переносчиков, а также путем эндоцитоза. К пассивным видам транспрорта веществ внутрь клетки можно отнести диффузию. Активный транспорт веществ осуществляется с участием калиево-натриевого насоса.

Матричная функция мембран обусловлена определенным взаиморасположением и ориентацией мембранных белков. Значительную роль в обеспечении механической функции имеют клеточные стенки, а у животных – межклеточное вещество. Рецепторная функция осуществляется благодаря наличию специальных белков, которые локализируются на клеточной мембране.

Ферментативная функция биологических мембран связана с мембранными белками, а также ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиоцитов (эпителиальные клетки кишечника) содержат пищеварительные энзимы.

Источник: fb.ru

Мембраны биологические (membrana оболочка, перепонка) — функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму клетки и внутриклеточные органеллы, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей. Имеются в клетках всех организмов; отсутствуют только у некоторыхрых вирусов. Имеют первостепенное значение для основных проявлений жизнедеятельности.

Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточная, или плазматическая) мембраной и внутриклеточными мембранами (митохондриальной, ядерной, лизосомной и др.). Толщина биологической мембраны составляет 7-10 нм, однако благодаря сравнительно плотной упаковке основных компонентов, а также большой общей площади клеточные мембраны составляют обычно более половины всей массы клетки (в пересчете на сухой вес). Биологические мембраны состоят в основном из белков, липидов, углеводов и воды.

Мембранные липиды — низкомолекулярные вещества. Основную часть липидов составляют полярные липиды. Они представлены главным образом фосфолипидами — фосфатидилхолином (лецитином) и фосфатидилэтанолами ном (кефалином). В животных клетках содержится значительное количество стеринов, преимущественно холестерина, играющего важную роль в этиологии гиперхолестеринемии, атеросклероза и др.

Углеводы мембран химически связаны либо с липидами (гликолипиды), либо с белками (гликопротеиды). Гликолипиды и гликопротеиды функционально чрезвычайно важны, поскольку часто определяют иммуноспецифичность клетки, ее способность к взаимодействию с гормонами, медиаторами, токсинами и др. 

Белковый состав биологических мембран исключительно разнообразен. Большинство мембран содержит белки с молекулярной массой от 25 ООО до 100 ООО дальтон и выше. Мембранные белки по биологической роли делят на три группы:

• обладающие каталитической активностью (ферменты),
• специфически связывающие те или иные вещества (рецепторные белки),
• неактивные, или структурные, белки.

Число ферментов в клетке очень велико. Даже простейшая бактериальная клетка содержит по крайней мере около 100 различных ферментов. Многие ферменты могут функционировать только будучи связанными с мембраной. В мембранах ферменты распределены строго определенным образом и формируют ферментные комплексы.

Рецепторными называют белки, специфически связывающие низкомолекулярные вещества, например, ацетилхолин. Структурные мембранные белки лишены ферментативной активности. Их биологическая роль мало изучена. 

Структурную основу биологических мембран составляет фосфолипидный биомолекулярный слой (бислой), который выполняет функции барьера для ионов и водорастворимых молекул. Он содержит мембранные белки, гликолипиды и гликопротеиды. Белки мембран могут находиться на поверхности липидного бислоя, удерживаемые преимущественно электростатическими силами (периферические белки), либо проникать глубоко в липидный бислой или даже пронизывать его насквозь.

Основные, функции биологических мембран. Для клеток и субклеточных частиц биологических мембран выполняют роль механического осмотического и гидростатического барьера, ограничивающего их от внешнего пространства. В клетках животных необходимость в жесткой оболочке (клеточной стенке) отсутствует. Некоторую жесткость этим клеткам придает небольшой примембранный слой, а также белковые структуры цитоплазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембраны. В зависимости от условий функционирования плазматическая мембрана может образовывать различного типа выросты и выпячивания. Это — микроворсинки, образующие щеточные каемки (например, в клетках эпителия кишечника и почек), микропики, различного рода псевдоподии и пластинчатые выступы. Одна из центральных функций биологических мембран — транспорт веществ через них и регуляция этого процесса. Она сопряжена с такими важнейшими биологическими явлениями, как:

• постоянство внутриклеточного состава ионов,
• возбуждение и проведение нервного импульса,
• запасание и трансформация энергии,
• процессы метаболизма и т. п. 

Источник: vseobiology.ru