Клетачныя мембраны

Кле́тачная мембра́на (ці цытаплазматычная мембрана) — частка абалонкі клеткі, якая судакранаецца з унутраным яе змесцівам і не дазваляе яму змешвацца з рэчывамі навакольнага асяроддзя. Забяспечвае цэласнасць клеткі; рэгулюе абмен паміж клеткай і асяроддзем; унутрыклетачныя мембраны падзяляюць клетку на спецыялізаваныя замкнёныя адсекі — кампартменты ці арганэлы, у якіх падтрымліваюцца неабходныя ўмовы ўнутрыклетачнага асяроддзя. Клетачная мембрана здольна прапускаць пэўныя рэчывы з навакольнага асяроддзя ўнутр клеткі, а рэчывы, што ўтвараюцца ў цытаплазме, — вонкі. Гэта забяспечвае клетцы магчымасць жывіцца.

У раслінных клетак звычайна клетачную мембрану пакрывае Клетачная сценка.

Функцыі біямембран

• бар'ерная — забяспечвае рэгулёўны, выбіральны, пасіўны і актыўны абмен рэчываў з навакольным асяроддзем. Напрыклад, мембрана пераксісом засцерагае цытаплазму ад небяспечных для клеткі пераксідаў. Выбіральная пранікальнасць азначае, што пранікальнасць мембраны для розных атамаў ці малекул залежыць ад іх памераў, электрычнага зарада і хімічных уласцівасцей. Выбіральная пранікальнасць забяспечвае адлучэнне клеткі і клетачных кампартментаў ад навакольнага асяроддзя і забеспячэнне іх неабходнымі рэчывамі.

• транспартная — праз мембрану адбываецца транспарт рэчываў у клетку і з клеткі. Транспарт праз мембраны забяспечвае: дастаўку пажыўных рэчываў, выдаленне канчатковых прадуктаў абмену, сакрэцыю розных рэчываў, стварэнне іонных градыентаў, падтрыманне ў клетцы адпаведнага pH і іоннай канцэнтрацыі, патрэбных для працы клетачных ферментаў.

Часціцы, якія з-за нейкага чынніку не здольныя прайсці фасфаліпідны біслой (напрыклад, з-за гідрафільных уласцівасцей, бо мембрана ўсярэдзіне гідрафобная і не прапускае гідрафільныя рэчывы, ці з-за буйных памераў), але неабходныя для клеткі, могуць прайсці скрозь мембрану праз адмысловыя бялкі-пераносчыкі (транспарцёры) і бялкі-каналы ці шляхам эндацытозу.

Пры пасіўным транспарце рэчывы праходзяць ліпідны біслой без страты энергіі, шляхам дыфузіі. Варыянтам гэтага механізму з'яўляецца палегчаная дыфузія, пры якой рэчыву дапамагай прайсці праз мембрану якая-небудзь адмысловая малекула. У гэтай малекулы можа быць канал, які прапускай рэчывы толькі аднаго тыпу.

Актыўны транспарт патрабуе выдаткаў энергіі, бо адбываецца супраць градыенту канцэнтрацыі. На мембране існуюць адмысловыя бялкі-помпы, у тым ліку АТФаза, якія актыўна ўпампоўваюць у клетку іоны калію (K+) і выпампоўваюць з яе іоны натрыю (Na+).

• матрычная — забяспечвае вызначанае ўзаемаразмяшчэнне і арыентацыю мембранных бялкоў, іх аптымальнае ўзаемадзеянне;

• механічная — забяспечвае аўтаномнасць клеткі, яе ўнутрыклетачных структур, таксама злучэнне з іншымі клеткамі (у тканінах). Вялікую ролю ў забеспячэнні механічнай функцыі маюць клетачныя сценкі, а ў жывёл — міжклетачнае рэчыва.

• энергетычная — пры фотасінтэзе ў хларапластах і клетачным дыханні ў мітахондрыях у іх мембранах дзейнічаюць сістэмы пераносу энергіі, у якіх таксама ўдзельнічаюць бялкі;

• рэцэптарная — некаторыя бялкі, якія сядзяць у мембране, з'яўляюцца рэцэптарамі (малекуламі, пры дапамозе якіх клетка ўспрымае тыя ці іншыя сігналы).

Напрыклад, гармоны, што цыркулююць у крыві, дзейнічаюць толькі на такія клеткі-мішэні, у якіх ёсць адпаведныя гэтым гармонам рэцэптары. Нейрамедыятары (хімічныя рэчывы, якія забяспечваюць правядзенне нервовых імпульсаў) таксама злучаюцца з адмысловымі рэцэптарнымі бялкамі клетак-мішэняў.

• ферментатыўная — мембранныя бялкі нярэдка з'яўляюцца ферментамі. Напрыклад, плазматычныя мембраны эпітэліяльных клетак кішэчніка маюць стрававальныя ферменты.

• ажыццяўленне генерацыі і правядзення біяпатэнцыялаў.

З дапамогай мембраны ў клетцы падтрымліваецца сталая канцэнтрацыя іонаў: канцэнтрацыя іона K+ усярэдзіне клеткі значна вышэй, чым звонку, а канцэнтрацыя Na+ значна ніжэй, што вельмі важна, бо гэта забяспечвае падтрыманне рознасці патэнцыялаў на мембране і генерацыю нервовага імпульсу.

• маркіроўка клеткі — на мембране ёсць антыгены, якія дзейнічаюць як маркеры — «цэтлікі», што дазваляюць апазнаць клетку. Гэта глікапратэіны (г.зн. бялкі з далучанымі да іх разгалінаванымі алігацукрыдавымі бакавымі ланцугамі), што маюць ролю «антэн». З-за незлічонага мноства канфігурацыі бакавых ланцугоў магчыма зрабіць для кожнага тыпу клетак свой адмысловы маркер. З дапамогай маркераў клеткі могуць распазнаваць іншыя клеткі і дзейнічаць узгоднена з імі, напрыклад, пры фарміраванні органаў і тканін. Гэта ж дазваляе імуннай сістэме распазнаваць чужародныя антыгены.

Структура і склад біямембран

Клетачная мембрана ўяўляе сабой падвойны пласт (біслой) малекул класа ліпідаў, большасць з якіх уяўляе сабой так званыя складаныя ліпіды — фасфаліпіды. Малекулы ліпідаў маюць гідрафільную («галоўка») і гідрафобную («хвост») частку. Пры ўтварэнні мембран гідрафобныя часткі малекул апыняюцца звернутымі ўсярэдзіну, а гідрафільныя — вонкі. Мембраны — структуры інварыябельныя, вельмі падобныя ў розных арганізмаў. Некаторае выключэнне складаюць, мабыць, археі, у якіх мембраны ўтвораны гліцэрынам і тэрпеноідавымі спіртамі. Таўшчыня мембраны складае 7-8 нм.

Малюнак клетачнай мембраны. Маленькія блакітныя і белыя шарыкі адпавядаюць гідрафільным «галоўкам» ліпідаў, а далучаныя да іх лініі — гідрафобным «хвастам». На малюнку паказаны толькі інтэгральныя мембранныя бялкі (чырвоныя глобулы і жоўтыя спіралі). Жоўтыя авальныя кропкі ўсярэдзіне мембраны — малекулы халестэролу. Жоўта-зялёныя ланцужкі пацерак на вонкавым боку мембраны — ланцужкі алігацукрыдаў, што ствараюць глікакалікс

.

Біялагічная мембрана ўключае і розныя бялкі: інтэгральныя (што працінаюць мембрану наскрозь), напаўінтэгральныя (пагружаныя адным канцом у вонкавы ці ўнутраны ліпідны пласт), павярхоўныя (размешчаныя на вонкавай ці прылеглыя да ўнутраных бакоў мембраны). Некаторыя бялкі з'яўляюцца пунктамі кантакту клетачнай мембраны з цытакасцяком усярэдзіне клеткі, і клетачнай сценкай (калі яна ёсць) звонку. Некаторыя з інтэгральных бялкоў выконваюць функцыю іонных каналаў, розных транспарцёраў і рэцэптараў.

Мембраны складаюцца з ліпідаў трох класаў: фасфаліпіды, глікаліпіды і халестэроль. Фасфаліпіды і глікаліпіды (ліпіды з далучанымі да іх вугляводамі) складаюцца з двух доўгіх гідрафобных вуглевадародных «хвастоў», якія злучаны з зараджанай гідрафільнай «галавой». Халестэроль надае мембране цвёрдасць, займаючы вольную прастору паміж гідрафобнымі хвастамі ліпідаў і не дазваляючы ім выгінацца. Таму мембраны з малым утрыманнем халестэролю больш гнуткія, а з вялікім — больш цвёрдыя і крохкія. Гэтак жа халестэроль служыць «стопарам», які перашкаджае перасоўванню палярных малекул з клеткі і ў клетку. Важную частку мембраны складаюць бялкі, якія працінаюць яе і адказваюць за разнастайныя ўласцівасці мембран. Іх склад і арыентацыя ў розных мембранах адрозніваюцца.

Клетачныя мембраны часта асіметрычныя, гэта значыць пласты адрозніваюцца па складу ліпідаў, пераход асобнай малекулы з аднаго пласта ў іншы (так званы фліп-флоп) абцяжараны.

Мембранныя арганэлы

Гэта замкнёныя асобныя ці злучаныя адна з адной часткі цытаплазмы, адлучаныя ад гіялаплазмы мембранамі. Да аднамембранных арганэл адносяцца эндаплазматычная сетка, апарат Гольджы, лізасомы, вакуолі, пераксісомы; да двухмембранных — ядро, мітахондрыі, пластыды. Звонку клетка абмежавана так званай плазматычнай мембранай. Будова мембран розных арганэл адрозніваецца па складу ліпідаў і мембранных бялкоў.

Спасылкі

• Bruce Alberts, et al. Molecular Biology Of The Cell. — 5th ed. — New York: Garland Science, 2007. — ISBN 0-8153-3218-1. — падручнік па малекулярнай біялогіі на англ.: мове

• Лал А.Б. Біяфізіка, падручнік у 2 тт.. — 3-е выданне, выпраўленае і дапоўненае. — Масква: выдавецтва Маскоўскага ўніверсітэта, 2004. — ISBN 5-211-06109-8.

• Геніс Р. Біямембраны. Малекулярная структура і функцыі: пераклад з англ.: = Biomembranes. Molecular structure and function (by Robert B. Gennis). — 1-е выданне. — Масква: Свет, 1997. — ISBN 5-03-002419-0.

• Іваноў У.Г., Берастоўскі Т.Н. Ліпідны біслой біялагічных мембран. — Масква: Навука, 1982.

• Антонаў У.Ф., Смірнова Е.Н., Шаўчэнка Е.В. Ліпідныя мембраны пры фазавых пераходах. — Масква: Навука, 1994.

Гл. таксама

• Ліпіды
• Фасфаліпіды
• Актыўны транспарт
• Пасіўны транспарт
• Дыфузія
• Осмас
• Эндацытоз
• Штучныя мембраны
• Уладзіміраў Ю. А., Пашкоджанне кампанентаў біялагічных мембран пры паталагічных працэсах