Лекция № 7.
МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ
И функциональные компоненты клеточных мембран
Основные термины
Клеточные мембраны
Липиды
Глицерофосфолипиды
Сфинголипиды
Гликосфинголипиды
Холестерол
Амфифильный
Простагландины
Фосфоинозитол
Интегральные белки
Трансмембранные однократно-пересекающие белки
Трансмембранные многократно-пересекающие белки
Периферический белок
Строение мембраны
Значение мембран в функционировании клеток
Различия между мембранами
Эта лекция посвящена структурным и функциональным свойствам клеточных мембран, в частности плазматической мембраны. Существует более 200 типов клеток человеческого организма, и существуют также различные типы плазматических мембран. Мембрана принимает множество форм в зависимости от структурной и функциональной роли клетки.
Основные клеточные органеллы и их функции. Представлены лишь главные функции, выполняемые каждой органеллой. Как правило, в органеллах происходит гораздо больше процессов и реакции
| Органелла или фракция | Маркер | Основные функции |
| Ядро | ДНК | Хромосомы Место синтеза РНК на матрице ДНК (транскрипция) |
| Митохондрия | Глутаматдегидрогеназа | Цикл лимонной кислоты, окислительное фосфорилирование |
| Рибосома | Высокое содержание РНК | Место синтеза белка (трансляция с мРНК на белок) |
| Эндоплазматический ретикулум | Глюкозо-6-фосфатаза | Рибосомы, связанные с мембраной, — главное место синтеза белка Синтез различных липидов Окисление многих ксенобиотиков (цитохром P450) |
| Лизосома | Кислая фосфатаза | Место расположения многих гидролаз (ферментов, катализирующих реакции распада) |
| Плазматическаямембрана | Nа+-К+-АТФаза 5’-нуклеотидаза | Транспорт молекул внутрь клетки и наружу Межклеточные адгезия и взаимодействие |
| Аппарат Гольджи | Галактозилтрансфераза | Внутриклеточная сортировка (компартментализация) белков Реакции гликозилирования Реакции сульфатирования |
| Пероксисома | Каталаза Оксидаза мочевой кислоты | Разрушение определенных жирных кислот и аминокислот Производство и расщепление перекиси водорода |
| Цитоскелет | Нет специфических ферментных маркеров | Микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты |
| Цитозоль | Лактатдегидрогеназа | Ферменты гликолиза и синтеза жирных кислот |
Плазматической мембраной называется барьер, который окружает цитоплазму, определяя границы клетки. Однако мы знаем, что мембрана служит не только барьером между цитозолем и внеклеточной средой, но содержит молекулы, которые передают сигналы с наружной стороны клетки в цитоплазму и к внутриклеточным органеллам.
Белки и липиды
Все клеточные мембраны представляют собой сложную смесь белков и липидов. Существуют три важных принципа строения мембраны.
1. Мембраны не однородны. Мембраны, окружающие внутриклеточные органеллы, и плазматическая мембрана отличаются по составу.
2. Многие компоненты мембран находятся в состоянии непрерывного движения. Мембрана напоминает постоянно меняющуюся мозаику. Некоторые части мембраны изменяются быстрее, чем другие.
3. Компоненты мембран чрезвычайно асимметричны. Между наружным и внутренним слоями мембран имеется различие по относительному количеству и качественному составу липидов. Белки располагаются среди липидов асимметрично и имеют хорошо различимые вне- и внутриклеточные домены.
При исследовании клетки под световым микроскопом мы можем видеть ее край, ограниченный плазматической мембраной. Однако этот уровень изучения мембран не позволяет увидеть некоторые важные вариации в ее структуре.
Ферментные маркеры различных мембран
| Мембрана | Фермент |
| Эндоплазматический ретикулум | 5’-нуклеотидаза Аденилатциклаза Nа+-К+-АТФаза |
| Эндоплазматический ретикулум | Глюкозо-6-фосфатаза |
| Комплекс Гольджи | Галактозилтрансфераза |
| Внутренняя митохондриальная мембрана | АТФ-синтетаза |
Например, плазматическая мембрана имеет поля специализации; каждое поле обладает уникальной морфологией и выполняет определенную биомолекулярную задачу. Кроме того, поверхности большинства клеток, соприкасающиеся с другими клетками и с внеклеточным матриксом, имеют различные свойства. Хорошим примером множественной специализации клеток могут служить эпителиальные клетки, которые формируют выстилку и кожи, и капилляров.
Разнообразие морфологии клеток определяется вариациями строения цитоскелета, состоящего из белков, расположенных непосредственно под мембраной и в цитоплазме. Основные компоненты цитоскелета - актиновые филаменты, микротрубочки и промежуточные филаменты участвуют в формировании конфигурации цитоплазматической мембраны.
В клетках, которые перемещаются на поверхности эпителиальных выстилок тела или сквозь межклеточное пространство, белки цитоскелета подвергаются полимеризации и деполимеризации, что необходимо для движения. Соответственно, мембраны также подвергаются значительным изменениям. Важно понять, что этот процесс возможен благодаря подвижности и динамичности молекул, которые составляют плазматическую мембрану. Этот принцип особенно важен, так как он лежит в основе понимания функциональных реакций клетки.
Важнейшие функции мембран
Мембраны контролируют состав внутриклеточной среды. Основная функция мембраны — формирование вокруг цитоплазмы барьера, который избирательно пропускает молекулы, входящие в клетку и выходящие из нее. В значительной степени такое поведение мембраны обусловлено непроницаемостью ее липидов для воды и других гидрофильных молекул. В мембране находятся белки, которые образуют каналы и поры, принимающие участие в высокоизбирательном транспорте молекул через мембрану.
Мембраны обеспечивают и облегчают межклеточную и внутриклеточную передачу информации. Мембрана — это место, где молекулярная информация воспринимается, преобразуется и передается далее в клетку.
