membrane biologice - un nume generic funcțional structuri de suprafață active care restricționează celula (celula sau plasma membranei) și organite (membrane mitocondrii, nuclei, lizozomi, reticul endoplasmatic, etc)-intracelular WIDE. Ele conțin un obturator cu lipide, proteine, molecule eterogene (glicoproteine, glicolipide) și în funcție de funcția, multe componente minore numerice: coenzime, acizi nucleici, antioxidanți, carotenoidele, ioni anorganici, etc ...
Funcționarea coordonată a sistemelor membranare - receptori, enzime, mecanisme de transport - ajută la menținerea homeostaziei celulare și, în același timp, reacționează rapid la schimbările din mediul extern.
Principalele funcții ale membranelor biologice sunt:
· Separarea celulelor de mediu și formarea compartimentelor intracelulare (compartimente);
· Controlul și reglementarea transportului unei mari varietăți de substanțe prin membrane;
· Participarea la furnizarea de interacțiuni intercelulare, transmiterea semnalelor în interiorul celulei;
· Conversia energiei substanțelor organice alimentare în energia legăturilor chimice ale moleculelor ATP.
Organizarea moleculară a membranei plasmatice (celulare) în toate celulele este aproximativ aceeași: constă din două straturi de molecule lipidice cu un număr de proteine specifice incluse în ea. Unele proteine membranare au activitate enzimatică, în timp ce altele leagă substanțele nutritive din mediu și asigură transportul lor în celulă prin membrane. Proteinele din membrană se disting prin natura legăturii lor cu structurile membranare. Unele proteine numite externe sau periferice. sunt ușor legate de suprafața membranei, altele, numite interne sau integrale. scufundat în interiorul membranei. Proteinele periferice sunt ușor extrase, în timp ce proteinele integrale pot fi izolate numai cu ajutorul detergenților sau a solvenților organici. În Fig. 4 prezintă structura membranei plasmei.
Membranele externe sau plasmatice ale multor celule, precum și membranele organelurilor intracelulare, de exemplu, mitocondriile, cloroplastele, pot fi izolate într-o formă liberă și pentru a studia compoziția lor moleculară. În toate membranele există lipide polare într-o cantitate, în funcție de tipul membranelor, de la 20 la 80% din masa sa, restul fiind datorat în principal proporției de proteine. Astfel, în membranele plasmatice ale celulelor animale, cantitatea de proteine și lipide, de regulă, este aproximativ aceeași; în membrana mitocondrială interioară conține aproximativ 80% din proteine și doar 20% lipide, iar în membranele de mielină ale celulelor creierului dimpotrivă, aproximativ 80% din lipide și doar 20% din proteine.
Fig. 4. Structura membranei plasmatice
Partea lipidică a membranelor este un amestec de diferite tipuri de lipide polare. lipide polare, care includ phosphoglycerolipids, sfingolipide, nu glicolipide fi stocate în celulele adipoase și sunt încorporate în membrana celulară, în raporturi strict definite.
Toate lipidele polar din membrane sunt actualizate în mod constant în procesul metabolizării, în condiții normale se stabilește o stare staționară dinamică în celulă, în care rata de sinteză a lipidelor este egală cu rata degradării lor.
În membranele celulelor animale, există în principal fosfoglicerolipide și, într-o măsură mai mică, sfingolipide; triacilglicerolele se găsesc numai în cantități mici. Unele membrane ale celulelor animale, în special membrana plasmatică exterioară, conțin cantități semnificative de colesterol și eterii (fig.5).
Figura 5. Membrane lipide
În prezent, modelul general acceptat al structurii membranelor este lichid-mozaic, propus în 1972 de S. Singer și J. Nicholson.
Potrivit ei, proteinele pot fi asemănătoare cu aisbergurile plutitoare în apa lipidică. Așa cum am menționat deja mai sus, există 2 tipuri de proteine membranare: integrale și periferice. Proteinele integrale pătrund prin membrană, fiind molecule amfipatice. Proteinele periferice nu pătrund în membrană și sunt legate de aceasta mai puțin ferm. Principala parte continuă a membranei, adică matricea acesteia, este bilayerul lipidic polar. La o temperatură tipică pentru o celulă, matricea este într-o stare lichidă, care este asigurată de un anumit raport între acizii grași saturați și nesaturați în cozile hidrofobe ale lipidelor polare.
Modelul lichid mozaic presupune, de asemenea, că suprafața situată în membrana proteinelor integrale sunt R-un grup de resturi de aminoacizi (în principal, grupări hidrofobe prin care proteinele cum ar fi „dizolvă“ în porțiunea hidrofobă centrală a bistratului). În același timp, pe suprafața periferică sau proteinele exterioare sunt în principal hidrofile R grupe care sunt atrase de o încărcate capetele polare hidrofile ale lipidelor datorită forțelor electrostatice. Proteinele integrale și acestea includ enzime și proteine de transport au activitate numai în cazul sunt în interiorul părții hidrofobe a bistratului, unde dobândesc configurația spațială necesară pentru activitate (Figura 6). Ar trebui să se sublinieze din nou că nu se formează legături covalente între moleculele din bistratificat, nici între proteine și lipide ale bistratificatorului.
Figura 6. Proteine membrane
Proteinele din membrană se pot mișca liber în planul lateral. Proteinele peripare plutesc literalmente pe suprafața stratului "mare", iar proteinele integrale, cum ar fi aisbergurile, sunt aproape complet imersate în stratul de hidrocarburi.
Majoritatea membranelor sunt asimetrice, adică au părți inegale. Această asimetrie se manifestă prin următoarele:
În primul rând, faptul că părțile interioare și exterioare ale membranelor plasmatice ale celulelor bacteriene și animale diferă în compoziția lipidelor polare. Astfel, de exemplu, stratul intern lipidic al membranelor de eritrocite umane conține în principal fosfatidiletanolamină și fosfatidilserină și fosfatidilcolină externă și sfingomielină.
· În al doilea rând, unele sisteme de transport în membrane funcționează doar într-o direcție. De exemplu, în membranele eritrocitare sistem de transport disponibil ( „pompă“), transferul ionilor de Na + din celulă în mediu, și K + ionii - in interiorul celulei datorită energiei eliberat după hidroliza ATP.
· În al treilea rând, conține un număr foarte mare de grupuri oligozaharidice reprezentând glicolipide cap și catene laterale oligozaharidice ale glicoproteinelor, în timp ce practic nici unul pe suprafața interioară a grupelor oligozaharidice cu membrana plasmatică de pe suprafața exterioară a membranelor plasmatice.
Asimetria membranelor biologice este menținută datorită faptului că transferul moleculelor individuale de fosfolipide dintr-o parte a bilayerului lipidic către celălalt este foarte dificil din motive energetice. Molecula polară a lipidelor este capabilă să se miște liber pe partea laterală a bistratului, dar este limitată în capacitatea sa de a sări la cealaltă parte.
Mobilitatea lipidelor depinde de conținutul relativ și de tipul de acizi grași nesaturați prezenți. Caracterul hidrocarbonat al lanțurilor de acizi grași spune membranei proprietățile fluidității, mobilității. În prezența acizilor grași nesaturați cis, forțele de adeziune dintre lanțuri sunt mai slabe decât în cazul acizilor grași saturați în monoterapie și lipidele rețin mobilitatea ridicată chiar și la temperaturi scăzute.
Pe partea exterioară a membranei există zone specifice de recunoaștere, funcția căreia este recunoașterea anumitor semnale moleculare. De exemplu, prin intermediul membranei, unele bacterii percep mici schimbări în concentrația de nutrienți, ceea ce stimulează mișcarea lor spre sursa de hrană; acest fenomen se numește chemotaxie.
Membranele diferitelor celule și organele intracelulare au o anumită specificitate, datorită structurii, compoziției și funcțiilor chimice ale acestora. Următoarele grupe principale de membrane se disting în organismele eucariote:
· Membrană plasmatică (membrană celulară exterioară, plasmalemă);
· Membranele aparatului Golgi, mitocondriile, cloroplastele, tecile de mielină,
În organismele procariote în plus față de membrana plasmatică există formațiuni de membrană intra-citoplasmatică, în procariote heterotrofice se numesc mesozomi. Acestea din urmă sunt formate prin invagnarea membranei celulare exterioare în bun și, în unele cazuri, păstrează o legătură cu ea.
Membrana eritrocitară constă din proteine (50%), lipide (40%) și carbohidrați (10%). Partea principală a carbohidraților (93%) este legată de proteine, restul - cu lipide. În membrană, lipidele sunt situate asimetric, spre deosebire de aranjamentul simetric din micelle. De exemplu, cefalina se găsește predominant în stratul interior al lipidelor. Această asimetrie este menținută, aparent, datorită mișcării transversale a fosfolipidelor din membrană, realizată cu ajutorul proteinelor membranare și datorită energiei metabolismului. În stratul interior al membranei eritrocite se află, în principal, sfingomielina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, în stratul exterior - fosfatidilcolina. Membrana eritrocitară conține glicoproteina glicoproteină integrală. constând din reziduuri de 131 de aminoacizi și care penetrează membrana și așa-numita proteină din banda 3, constând din 900 de resturi de aminoacizi. Componentele de carbohidrați ale glicophorinei au o funcție receptorilor pentru virusurile gripale, fitohemaglutinine și un număr de hormoni. În membrana eritrocitelor, se constată o altă proteină integrală care conține puțini carbohidrați și penetrează membrana. Se numește o proteină tunel (componentă a), deoarece se presupune că formează un canal pentru anioni. Proteina periferică legată de partea interioară a membranei eritrocitare este spectrin.
Membrane de mielină. axonii din jurul neuronilor sunt multistrat, conțin un număr mare de lipide (aproximativ 80%, jumătate dintre acestea - fosfolipide). Proteinele acestor membrane sunt importante pentru fixarea sărurilor de membrană care se află una peste cealaltă.
Membrane de cloroplaste. Cloroplastele sunt acoperite cu o membrană cu două straturi. Membrana exterioară are o asemănare cu cea a mitocondriilor. În plus față de această membrană de suprafață în cloroplaste, există un sistem de membrane interne - lamele. Lamelele formează fie veziculele planete - tilacoidele, care, așezate unul peste celălalt, se asamblează în mănunchiuri (granule) sau formează sistemul membranar al stromei (lamele de stromă). Lamele de granule și stroma de pe partea exterioară a membranei tiacoidice sunt grupări hidrofile concentrate, galacto-și sulfolipide. Fitoplanctonul moleculei de clorofil este imersat în globule și este în contact cu grupurile hidrofobe de proteine și lipide. Nucleul de porfirină al clorofilei este localizat în principal între membranele de contact ale tilacoidelor granulare.
Membrana bacteriană internă (citoplasmatică) este similară structurii cu membranele interne ale cloroplastelor și mitocondriilor. Conține enzime din lanțul respirator, transport activ; enzime implicate în formarea componentelor membranei. Componenta predominantă a membranelor bacteriene sunt proteine: raportul proteină / lipid (în greutate) este de 3: 1. Membrana exterioară a bacteriilor Gram-negative, în comparație cu bacteriile citoplasmatice, conține mai puține fosfolipide și proteine diferite. Ambele membrane diferă în compoziția lipidelor. În membrana exterioară se găsesc proteine care formează pori pentru penetrarea multor substanțe cu conținut scăzut de molecule moleculare. O componentă specifică a membranei exterioare este, de asemenea, o lipopolizaharidă specifică. Un număr de proteine din membrana externă servesc ca receptori pentru fagi.
Membrana de virusuri. Printre virusuri, structurile membranare sunt caracteristice proteinelor care conțin nucleocapsid, care constau din proteine și acid nucleic. Acest "miez" de viruși este înconjurat de o membrană (coajă). Este, de asemenea, format dintr-un strat dublu de lipide cu glicoproteine incluse, situate în principal pe suprafața membranei. Într-un număr de virusuri (microvirusuri), 70-80% din toate proteinele intră în membrană, resturile de proteine sunt conținute în nucleocapsid.
Astfel, membranele celulare sunt structuri foarte complexe; complexele lor moleculare formează un mozaic ordonat bidimensional, care conferă suprafeței membranelor specificitatea biologică.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: