БІОМЕМБРАНИ: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ

У біомембрані є структурами, дуже динамічний і селективним в основному ліпідної природу, частина клітин всіх живих істот. По суті, вони відповідають за встановлення меж між життям і позаклітинним простором, крім того, щоб вирішити контрольованим способом, що може входити і залишати клітину.

Властивості мембрани (наприклад, плинність і проникність) безпосередньо визначаються типом ліпідів, насиченістю і довжиною цих молекул. Кожен тип клітин має мембрану з характерним складом ліпідів, білків і вуглеводів, що дозволяє їй виконувати свої функції.

Джерело: похідна робота: Dhatfield (розмова) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * похідна робота: Dhatfield (розмова) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

Будова

В даний час прийнята модель опису будови біологічних мембран називається «рідинна мозаїка». Він був розроблений у 1972 р. Дослідниками С. Джоном Сінгером та Гартом Нікольсоном.

Мозаїка - це об'єднання різних різнорідних елементів. Що стосується мембран, ці елементи містять різні типи ліпідів та білків. Ці компоненти не є статичними: навпаки, мембрана характеризується надзвичайно динамічною, коли ліпіди та білки перебувають у постійному русі ».

У деяких випадках ми можемо знайти вуглеводи, прикріплені до деяких білків або до ліпідів, що утворюють мембрану. Далі ми будемо вивчати основні компоненти мембран.

-Ліпіди

Ліпіди - це біологічні полімери, що складаються з вуглецевих ланцюгів, основною характеристикою яких є нерозчинність у воді. Хоча вони виконують численні біологічні функції, найбільш видатною є їх структурна роль у мембранах.

Ліпіди, які здатні утворювати біологічні мембрани, складаються з аполярної частини (нерозчинної у воді) та полярної частини (розчинної у воді). Ці типи молекул відомі як амфіпатичні. Ці молекули є фосфоліпідами.

Як поводяться ліпіди у воді?

Коли фосфоліпіди контактують з водою, саме полярна частина насправді контактує з нею. На відміну від цього, гідрофобні «хвости» взаємодіють між собою, намагаючись вийти з рідини. У розчині ліпіди можуть набувати двох моделей організації: міцели або ліпідні шари.

Міцели - це невеликі агрегати ліпідів, де полярні головки групуються «дивлячись» на воду, а хвости згруповані всередині сфери. Білаєри, як випливає з назви, - це два шари фосфоліпідів, де голови звернені до води, а хвости кожного з шарів взаємодіють один з одним.

Ці утворення виникають спонтанно. Тобто, енергія не потрібна для рушій утворення міцел чи двошарових.

Ця амфіпатична властивість, без сумніву, є найважливішою з певних ліпідів, оскільки дозволила розділити життя.

Не всі мембрани однакові

За своїм ліпідним складом не всі біологічні мембрани однакові. Вони різняться за довжиною вуглецевого ланцюга та насиченістю між ними.

Під насиченням ми маємо на увазі кількість зв’язків, що існують між вуглецями. Коли є подвійні чи потрійні зв’язки, ланцюг ненасичений.

Ліпідний склад мембрани визначатиме її властивості, зокрема її плинність. Коли є подвійні або потрійні зв’язки, вуглецеві ланцюги «скручуються», створюючи пробіли і зменшуючи ущільнення ліпідних хвостів.

Кінки зменшують контактну поверхню із сусідніми хвостами (зокрема, сили взаємодії ван дер Ваальса), послаблюючи бар’єр.

Навпаки, при посиленні насичення ланцюга взаємодії ван дер Ваальса значно сильніші, збільшуючи щільність і міцність мембрани. Аналогічно, міцність бар'єру може бути збільшена, якщо вуглеводневий ланцюг збільшується в довжину.

Холестерин - це ще один тип ліпідів, що утворюється при злитті чотирьох кілець. Наявність цієї молекули також допомагає модулювати текучість і проникність мембрани. На ці властивості можуть впливати і зовнішні змінні, наприклад температура.

-Протеїни

У нормальній клітині трохи менше половини складу мембрани складають білки. Їх можна знайти вбудованими в ліпідну матрицю різними способами: повністю зануреними, тобто цілісними; або периферично, де лише частина білка прив’язана до ліпідів.

Білки використовуються деякими молекулами як канали або транспортери (активного або пасивного шляху), щоб допомогти великим, гідрофільним молекулам перейти селективний бар'єр. Найяскравіший приклад - білок, який працює як натрієво-калієвий насос.

-Вуглеводи

Вуглеводи можуть бути приєднані до двох зазначених вище молекул. Вони, як правило, знаходяться навколо клітини і відіграють певну роль у загальному клітинному маркуванні, розпізнаванні та зв'язку.

Наприклад, клітини імунної системи використовують цей тип маркування для розмежування того, що є власним, від того, що є чужорідним, і, таким чином, знати, яку клітину слід атакувати, а яку ні.

Особливості

Встановити ліміти

Як встановлюються межі життя? Через біомембрани. Мембрани біологічного походження відповідають за розмежування клітинного простору у всіх формах життя. Ця властивість розділення важлива для створення живих систем.

Таким чином всередині клітини може бути створене інше середовище з необхідними концентраціями та рухами матеріалів, оптимальних для органічних істот.

Крім того, біологічні мембрани також встановлюють межі всередині клітини, породжуючи типові відсіки еукаріотичних клітин: мітохондрії, хлоропласти, вакуолі тощо.

Селективність

Живі клітини потребують постійного введення та виходу певних елементів, наприклад, іонного обміну з позаклітинним середовищем та виділенням між собою інших речовин.

Характер мембрани робить її проникною для одних речовин і непроникною для інших. З цієї причини мембрана разом з білками всередині неї виступає як своєрідний молекулярний «воротар», який оркеструє обмін матеріалами з навколишнім середовищем.

Невеликі молекули, які не є полярними, можуть без проблем перетинати мембрану. На відміну від цього, чим більша молекула і вона більше полярна, тим складніше прохід пропорційно збільшується.

Щоб навести конкретний приклад, молекула кисню може проходити через біологічну мембрану в мільярд разів швидше, ніж іон хлориду.

Список літератури

Фріман, С. (2016). Біологічна наука. Пірсон.
Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Лодіш, Х., Берк, А. (2007). Молекулярна клітинна біологія. WH Freeman.
Пенья, А. (2013). Клітинні мембрани. Фонд економічної культури.
Singer, SJ, & Nicolson, GL (1972). Модель рідинної мозаїки структури клітинних мембран. Науки, 175 (4023), 720-731.
Штейн, В. (2012). Рух молекул по клітинних мембранах. Ельзев'є.

БІОМЕМБРАНИ: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025