Загальна характеристика клітинних мембран

Усі клітини сформовані системою мембран (від лат. мембрана - шкірка, плівка), які забезпечують взаємодію клітин між собою та з навколишнім середовищем. Клітини еукаріот оточені плазматичною мембраною. Внутрішнє середовище еукаріотичної клітини поділено на окремі функціональні ділянки – компартменти. Вважають, що такий поділ зумовлений потребою у системі допоміжних мембран, оскільки однієї цитоплазматичної мембрани недостатньо для розміщення всіх клітинних структур, пов'язаних з мембранами (ферментів, рибосом, пігментів тощо). У біологічних мембранах відбуваються процеси, пов'язані зі сприйманням і передачею інформації, що надходить із довкілля, формуванням і передачею збудження, перетворенням енергії, явищами імунітету та іншими проявами життєдіяльності клітин, органів й організму в цілому.

Хімічний склад мембран. За допомогою світлової та електронної мікроскопії у клітинах виявлено різноманітні мембранні структури. Усі вони мають подібний хімічний склад і принцип організації, але залежно від типу мембран та їхніх функцій співвідношення хімічних компонентів і деталі будови можуть відрізнятися.

Мембрани складаються з ліпідів, білків та вуглеводів. Ліпіди становлять у середньому 40% сухої маси мембран. Серед них переважають фосфоліпіди (до 80%).

Основним функціональним компонентом біологічних мембран є білки. Але тільки утворивши міцні комплекси з ліпідами, вони здатні проявляти активність.

Поверхневі білки (близько 30% від загальної кількості мембранних білків) розміщені на зовнішній та внутрішній поверхнях мембран і зв'язані з останніми електричними силами безпосередньо чи через двовалентні катіони, переважно Са²⁺ та Mg²⁺. Вони легко відокремлюються від мембран після руйнування клітин.

Внутрішні білки (майже 70% загальної кількості мембранних білків) занурені у подвійний шар ліпідів на різну глибину, а в деяких випадках перетинають мембрану наскрізь. Такі білки зв'язують обидві поверхні мембрани.

Вуглеводи входять до складу мембран не самостійно, а утворюють комплекси з білками чи ліпідами.

Організація біологічних мембран. Нині загальноприйнятою є модель рідинно-мозаїчної будови мембран Така назва походить від того факту, що близько 30% ліпідів тісно зв'язані з внутрішніми білками, а решта – перебуває у рідкому стані, де «плавають» ліпопротеїди. Молекули ліпідів розміщені у вигляді подвійного шару, їхні полярні гідрофільні «головки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боків мембран, а гідрофобні неполярні «хвости» - всередину.

Якщо подивитись на мембрану зверху, то вона нагадує мозаїку, утворену полярними «головками» ліпідів, поверхневими та внутрішніми білками. Товщина мембран варіює у досить широких межах залежно від їхнього типу. Мембрани клітин еукаріот і прокаріот подібні за будовою.

Між молекулами білків або їхніми частинами часто існують пори (канальці), заповнені водою. Молекули, які входять до складу мембран, здатні переміщуватися, завдяки чому мембрани швидко поновлюються за незначних пошкоджень, утворюються над оголеними ділянками цитоплазми, можуть легко зливатися одна з одною, розтягуватися й стискатись, наприклад, під час руху клітин або зміни їхньої форми.