Що називають біологічною мембраною?

Мембрани біологічні (лат. membrana — шкірка < грец. bios — життя + logos — слово) — це клітинні структури, що відокремлюють клітину від навколишнього середовища та розділяють внутрішньоклітинний простір на певні компартменти (органели, субклітинні структури). Кеш

Що входить до складу біологічної мембрани?

Основними компонентами біологічних мембран є ліпіди (фосфо-, гліколіпіди, холестерол), білки і вуглеводи (останні у вільному вигляді не зустрічаються, а входять до складу гліколіпідів і глікопротеїнів; напр., рецептори є глікозильованими білками). Кеш

Як побудовані біологічні мембрани?

Складається з двох шарів ліпідів, також містить білки і вуглеводи. Клітинна мембрана є напівпроникним бар'єром, що вибірково пропускає молекули всередину клітини та з неї назовні. Структури мембрани підтримують сталий вміст води, іонів, речовин всередині клітини.

МЕМБРАНИ БІОЛОГІЧНІ

Протягом багатьох років основним науковим обґрунтуванням наявності на поверхні живих клітин спеціальних структурних утворень — мембран — був феномен обмеженої та вибіркової проникності клітини для хімічних сполук в іонній та молекулярній формах. У свою чергу, ця обмежена проникність зумовлює притаманну будь-якій клітині різницю концентрацій іонів усередині та в зовнішньому середовищі та наявність електричної різниці потенціалів між цитоплазмою і зовнішньоклітинною рідиною, особливо вираженою у збудливих нервових та м’язових клітинах.

Функції біологічних мембран:

1. відмежовування внутрішньоклітинного простору від навколишнього хімічного середовища за рахунок вибіркової проникності плазматичних мембран для іонів та молекул;
2. створення та підтримання на плазматичній мембрані іонних градієнтів та електричних потенціалів;
3. регуляція клітинних функцій біорегуляторними хімічними сигналами, що надходять від нервової та ендокринної систем;
4. поділ клітини на окремі компартменти, що характеризуються специфічними наборами ферментів, метаболітів та реакцій обміну речовин;
5. створення структурних, біофізичних умов для організації мембранозв’язаних мультиферментних комплексів (ферментних ансамблів), які реалізують життєво важливі клітинні функції (напр. електронотранспортних ланцюгів у мембранах мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму), функціонування іонних каналів та насосів);
6. участь у процесах міжклітинної взаємодії як необхідного фактора регуляції клітинного росту тканин (гістогенезу).

Мембранні структури тваринної клітини: плазматична мембрана; мембрани ендоплазматичного (саркоплазматичного) ретикулуму; мітохондріальні мембрани; ядерна мембрана; мембрани комплексу Гольджі; мембрани лізосом та фагосом; мембрани пероксисом (мікротілець). Головними хімічними компонентами біологічних мембран є білки, ліпіди та вуглеводи. Співвідношення між цими біохімічними компонентами значно відрізняється в окремих типах біологічних мембран і залежить від їх функціональної та біохімічної спеціалізації.

Ліпідні компоненти біологічних мембран представлені переважно різними класами полярних ліпідів: фосфоліпідами (фосфатидилхоліном, фосфатидилетаноламіном, фосфатидилсерином, сфінгомієліном) — до 80–90% загального вмісту мембранних ліпідів; гліколіпідами (переважно глікосфінголіпідами). Зовнішня плазматична мембрана характеризується значним вмістом вільного холестеролу та його ефірів і наявністю гліколіпідів, які відсутні в інших мембранних структурах. Особливістю структурної організації молекул ліпідів, що входять до складу біологічних мембран — фосфоліпідів та гліколіпідів, є наявність у них гідрофільної «голівки», що утворена залишком фосфату, етерифікованим полярними або зарядженими групами, та гідрофобних «хвостиків», які утворені ацилами насичених та ненасичених жирних кислот (С₁₆, С₁₈, С₂₀ тощо).

Білки біологічних мембран — це переважно, ферменти; білки іонних каналів та інших систем мембранного транспорту; рецепторні білки, що зв’язують зовнішні ліганди та беруть участь у трансформації хімічного сигналу в біологічну реакцію клітини. Певна кількість мембранних білків зв’язана з вуглеводами (глікозильована) у вигляді глікопротеїнів. За характером розташування у мембрані білки поділяють на зовнішні (периферичні) та внутрішні. Вуглеводи в складі біологічних мембран зв’язані з іншими хімічними компонентами у вигляді глікопротеїнів, гліколіпідів. Гліколіпіди мембран є головним чином похідними сфінгозину (глікосфінголіпіди, або глікоцераміди). Глікопротеїни мембран є молекулярними структурами, що утворюються за рахунок ковалентних зв’язків олігосахаридних ланцюгів із мембранними білками. Ці зв’язки формуються за участю гідроксильних груп серину або треоніну (О-глікозидні зв’язки) та амідної групи аспарагіну (N-глікозидний зв’язок). Мономерними залишками у складі олігосахаридних ланцюгів мембранних гліколіпідів та глікопротеїнів є моносахариди та їх похідні: галактоза, глюкоза, маноза, галактозамін, глюкозамін, нейрамінова та сіалова кислоти, фруктоза. Гліколіпіди та глікопротеїни входять до складу, як правило, плазматичної мембрани клітини, контактуючи із зовнішньоклітинним оточенням та міжклітинним матриксом. Олігосахаридні залишки виконують функції лігандів для зовнішніх білків, тобто забезпечують процес розпізнавання та міжклітинної взаємодії, особливо важливі в реакціях клітинного імунітету. Аномальні зміни структури поверхневих гангліозидів у мембранах пухлинних клітин призводять до втрати характерного для росту нормальних клітинних пластів феномена «контактного гальмування», що супроводжується притаманним злоякісним пухлинам інфільтративним ростом. Наявність у мембранних ліпідах (гліцерофосфоліпідах, сфінгофосфоліпідах, гліколіпідах) полярних голівок та неполярних гідрофобних структур (вуглеводневих радикалів жирних кислот та сфінгозину) визначає їх амфіфільну (амфіпатичну) природу, тобто здатність до взаємодії як з гідрофільними (полярними), так і з гідрофобними (неполярними) молекулами. Завдяки амфіфільній будові молекул ліпіди, що беруть участь у побудові біологічних мембран, здатні до утворення в полярних середовищах упорядкованих структур: міцел, моношарових та бішарових плівок. Згідно із сучасною рідинно-мозаїчною моделлю Сінгера — Ніколсона (S.J. Singler, G.L. Nikolson) основою (безперервний матрикс) М.б. є полярний ліпідний бішар, в який занурені окремі білкові молекули. За умов нормальних фізіологічних температур ліпіди М.б. знаходяться в рідинному стані, являючи собою «ліпідне озеро», в якому плавають, подібно до айсбергів, мембранні білки.

За своєю локалізацією щодо інших компонентів біомембрани М.б. поділяють на такі типи:

• поверхневі (периферичні) білки;
• білки, що частково занурені у бішар;
• внутрішні (інтегральні) білки.

Біофізичні властивості мембран — плинність і в’язкість ліпідної фази, що визначається співвідношенням між ненасиченими та насиченими жирними кислотами в складі мембранних ліпідів та постійною рухомістю вуглеводневих хвостів ацилів та сфінгозину. Холестерол, що входить до складу біомембран, виконує важливу функцію модифікатора фізико-хімічних властивостей ліпідного бішару, стабілізуючи його шляхом обмеження рухомості внутрішньомембранних компонентів, тобто зменшуючи плинність та збільшуючи в’язкість матриксу мембранних ліпідів. Ліпіди біологічних мембран мають певну впорядкованість, але разом з тим вони здатні до латеральної дифузії, тобто переміщення впродовж рідинної ліпідної фази (рідкокристалічний стан мембранних ліпідів). До латеральної дифузії здатні також молекули мембранних білків, що сприяє утворенню внутрішньомембранних білкових ансамблів (кластерів). Із зовнішньою поверхнею плазматичних мембран зв’язані рецептори для гормонів та інших фізіологічно активних речовин, із внутрішньою — деякі цитозольні ферменти та компоненти цитоскелета. Внутрішній моношар ліпідного бішару відрізняється від зовнішнього за складом фосфоліпідів. Напр. зовнішня поверхня мембрани еритроциту містить олігосахаридні залишки гліколіпідів, які відіграють роль детермінант груп крові (система А, В, 0); із зовнішньою поверхнею еритроцитарної мембрани зв’язаний фермент ацетилхолінестераза, із внутрішньою — білок спектрин.

Губський. Ю. Біологічна хімія. — К. — Тернопіль, 2000; Словарь физиологичесих терминов / Под ред. акад. О.Г. Газенко. — М., 1987; Фізіологія з основами анатомії людини / За ред. проф. Л.М. Малоштан. — Х., 2003.

Клітинна мембрана

Кліти́нна мембра́на, також плазмале́ма, плазмати́чна або цитоплазмати́чна мембра́на - зовнішня оболонка живої клітини, яка відокремлює цитоплазму клітини від навколишнього середовища. Складається з двох шарів ліпідів, також містить білки і вуглеводи.

Клітинна мембрана є напівпроникним бар'єром, що вибірково пропускає молекули всередину клітини та з неї назовні. Структури мембрани підтримують сталий вміст води, іонів, речовин всередині клітини. Плазмалема часто містить додаткові утворення для руху, захисту, живлення, взаємодії з іншими клітинами.

Зміст

Будова [ ред. | ред. код ]

Хімічний склад [ ред. | ред. код ]

Основу клітинної мембрани складають фосфоліпіди: сфінгомієліни, фосфатидиламіни, фосфогліцериди, фосфоінозитиди. Мембрана тваринної клітини містить похідні холестеролу. Фосфоліпіди орієнтовані гідрофільними голівками назовні мембрани, а гідрофобними хвостами до середини. Ліпіди розташовані у мембрані нерівномірно, зовнішній та внутрішній шари розрізняються за складом, що має значення при багатьох клітинних процесах, зокрема апоптозі. Також відрізняються спеціальні утворення - ліпідні рафти.

Білки мембрани можуть пронизувати її наскрізь, знаходитися на позаклітинній поверхні або кріпитися на цитоплазматичному боці. Трансмембранні домени білків гідрофобні, часто утворюють альфа-спіралі. Серед мембранних білків багато рецепторів, іонних каналів, іонних насосів, білків клітинної адгезії, транспортних білків.

Позаклітинні ділянки білків і деяких фосфоліпідів вкриті залишками вуглеводів. Це шестивуглецеві цукри, нейрамінова кислота тощо.

Структура [ ред. | ред. код ]

Функції [ ред. | ред. код ]

Плазматична мембрана дозволяє потрапляти до клітини певним молекулам та іонам, наприклад, глюкозі, амінокислотам і ліпідам. Це напіврідкий шар молекул, зокрема протеїнів і фосфоліпідів, деякі з яких постійно рухаються, надаючи мембрані рухливості. Завдяки тому, що клітинна мембранна вибірково проникна до певних речовин, таких як іони, та може регулювати свою проникність завдяки роботі різних рецепторів та іонних каналів, клітинна мембрана має різницю заряду між внутрішньою та зовнішньою сторонами. Створюється мембранний потенціал спокою, що відмінний від нуля у всіх живих клітинах. Зміна мембранного потенціалу є основою функціонування нервових та інших збудливих клітин.

Див. також [ ред. | ред. код ]

Джерела [ ред. | ред. код ]

• Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2002). Molecular Biology of the Cell (вид. 4th). Garland. ISBN0815332181. Архів оригіналу за 25 жовтня 2007 . Процитовано 15 лютого 2014 . (англ.) (див. «Молекулярна біологія клітини»)

Література [ ред. | ред. код ]

• Енциклопедія мембран = The encyclopedia of membranes : у 2-х т. Т. 1 / М. Т. Брик ; Нац. ун-т "Києво-Могилянська академія". - К. : ВД "Києво-Могилянська академія", 2005. - 658 с. - ISBN 966-518-341-9
• Енциклопедія мембран = The encyclopedia of membranes : у 2-х т. Т. 2 / М. Т. Брик ; Нац. ун-т "Києво-Могилянська академія". - К. : ВД "Києво-Могилянська академія", 2006. - 684 с. - ISBN 966-518-397-4
• Біологічні мембрани: методи дослідження структури і функцій: навч. посіб. / Остапченко Л. І., Михайлик І. В. – К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2006. – 215 с.
• Фізика біомембран : підруч. для студ. вищ. навч. закл. / Є. О. Гордієнко, В. В. Товстяк ; Нац. акад. наук України, Ін-т проблем кріобіології і кріомед., Харківський нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна . - К. : Наукова думка, 2009. - 271 с. - Бібліогр.: с. 262-263. - ISBN 978-966-00-0912-7
• Мембранні і сорбційні процеси і технології : тези доп. 20-го Укр. наук. семінару (24-25 лют. 2009 р., м. Київ) / М-во освіти і науки України, Нац. ун-т "Києво-Могилянська акад.". - Київ : Нац. ун-т "Києво-Могилян. акад.", 2009. - 80 с.
• Структура и функции мембран: Практикум / Рыбальченко В. К., Коганов М. М. – К.: Вища школа, 1988. – 312 с.
• Руководство по цитологии, т. 1, М.- Л., 1965, гл. 2;
• Робертис Э. де, Новинский В., Саэс Ф., Биология клетки, пер. с англ., М., 1967;
• Робертсон Дж., Мембрана живой клетки, в сб.; Структура и функция клетки, пер. с англ., М., 1964;
• Finean J. В., The molecular organization of cell membranes, «Progress in Biophysics and Molecular Biology». 1966, v. 16, p. 143 — 70.

Посилання [ ред. | ред. код ]

• Мембрани біологічні[Архівовано 21 листопада 2016 у Wayback Machine.] // УРЕ
• Мембрани біологічні[Архівовано 3 жовтня 2017 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
• Мембранні рецептори[Архівовано 3 жовтня 2017 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
• К. І. Богуцька, Ю. І. Прилуцький. Конспект лекцій з курсу дисципліни спеціалізації «Біофізика мембран»[Архівовано 15 грудня 2017 у Wayback Machine.] для студентів кафедри біофізики Навчально-наукового центру «Інститут біології»