Современные представления о строении и функции мембран
Цитоплазматическая мембрана состоит из билипидного слоя, с погруженного в него белками. Среди липидов мембраны преобладают глицерин и сфингозамещенные липиды (большая часть - фосфолипиды)
Гидрофильная голова обращена наружу, гидрофильные концы (обращены внутрь) Преобладание липидов в мембрана определяет ее главные свойства:
- гидрофобность
-текучесть
о Подвижность головы относительно хвостов
о Вращение молекулы вокруг о собственной оси
о Боковое движение соседних молекул
Белки цитоплазматической мембраны бывают двух видов:
- Интегральные белки
- химически связаны с липидами мембраны
о Ковалентные связи
о Участки гидрофобных аминокислот
-Некоторые полностью пересекают билипидный слой (трансмембранные белки) - Их можно выделить только после разрушения липидного слоя
Функции:
-Рецепторы
- Транспортные системы
- Ферменты
- Межклеточные контакты
Периферические белки - не имеют связи с липидами. Их можно отмыть с помощью буферных растворов или комплексообразующими соединениями (ЭДТА)
Функции:
• Цитоскелет (спектрин)
• Связь с внеклеточным матриксом (фибронектин)
Общие функции цитоплазматической мембраны:
• Граница клетки
• Транспорт веществ в клетку и из клетки
• Место, где протекает большинство биохимических реакций (белки- ферменты)
• Рецепция и сигнализация: воспринимает сигналы извне и преобразует их в команды, регулирующие внутриклеточные процессы.
Типы ионных каналов мембраны и способы воздействия на их состояние
Виды ионных каналов: селективные и неселективные. Определяется соотношением:
• Размер поры/иона и его гидратной оболочки
• Заряд иона/канала Селективные ионные каналы: K+, Cl", Ca2+ и т.д.
Функциональная классификация:
Управляемые (воротные) и неуправляемые (каналы утечки, каналы покоя)
Неуправляемые каналы открываются в покое без внешнего воздействия.
Управляемые каналы в покое закрыты и открываются при воздействии.
Основа открытия и закрытия ворот - изменение конформации белка.
Потенциал-зависимые каналы: канал открывается и закрывается при изменении заряда мембраны (мембранного потенциала). В структуре есть сенсор напряжения (заряженная белковая часть, при изменении напряжения меняет свою конформацию).
Лиганд-зависимые ионные каналы: каналы открываются при присоединении сигнальной молекулы (лиганда). Могут активироваться как снаружи (гормоны, медиаторы), изнутри (вторичные посредники). Содержат рецептор, обладающий высоким сродством к лиганду. Механо-чувствительные ионные каналы: открываются при растяжении мембраны. Они характерны для цитоплазматической мембраны гладких миоцитов.
Ионные каналы - мишень для действия токсинов и лекарств (местные анестетики).
Потенциал-зависимые na- каналы.
- Тетродотоксин (иглобрюх)
- Местные анестетики, лидокаин
Потенциал зависимые К-каналы:
- Яд черной мамбы
Патология хлорных каналов – муковисцидоз. Патология Na – каналов - эпилепсия с приступами лихорадки.
Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану: виды и механизмы.
Движущая сила - градиент (разность концентраций)
градиент концентрации - некий запас потенциальной энергии, который реализуется при движении вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.
Виды трансмембранного транспорта:
Пассивный транспорт:
• По grad с
• Без дополнительных затрат
• Виды:
о Диффузия (закон диффузии Фика – отражает скорость диффузии вещества через мембрану в зависимости от разности концентраций вещества по обе её стороны) Облегченная диффузия - пассивный транспорт при участии специальных белков- ферментов.
о Осмос
Активный транспорт:
• Против grad c
• С доп. Затратами
• Виды
о Первично активный транспорт (АТФ)
о Вторично активный транспорт (grad с другого вещества)
Осмос - движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в область с большей концентрацией.
Осмотическое давление - величина гидростатического давления, которое нужно приложить, чтобы воспрепятствовать осмотическому движению молекул растворителя.
Осмолярность - величина осмотически активных веществ.
Изотонический раствор - раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению данного раствора. (для клеток человека - рр NaCl 0,9%)
Очаг воспаления сопровождается отеком. Крупные молекулы разрушаются на более мелкие. Увеличивается осмолярность. Привлекается жидкость. На этом принципе основывается применение гипертонических соляных повязок. На этом же основании применяется солевое слабительное.
Активный транспорт.
Вещество перемещается против grad C.
Первично активный транспорт:
• Энергия гидролиза АТФ (транспортная система - катализатор гидролиза)
о Na/K-АТФаза о Ca-АТФаза
• Перемещается одно (унипорт) или несколько веществ (контрапорт)
Вторично активный транспорт:
• Энергия, запасенная в grad C другого вещества (как правило натрия)
• Всегда котранспорт (Na - пассивно, др вещество - активно)
о Однонаправленный (симпорт) - всасывание глюкозы
о Разнонаправленный (антипорт) - обменники (Na/Ca обменник)
Мембрана гидрофобна - свободно проходят вещества, растворимые в липидах:
• Стероидные гормоны (производные холестерина)
-Недиссоциированные жирные кислоты
• Неполярные молекулы (O2, NO, CO2, CO)
Большинство органических молекул содержат ионизированный остаток фосфорной кислоты - не проходят через мембрану и остаются снаружи/внутри.
Мелкие ионизированные и полярные молекулы перемещаются с помощью гидрофильных белковых структур: каналов и переносчиков. Вода - полярная молекула.
Но она свободно проходит через мембрану:
• Мелкие размеры молекулы
• Подвижность липидов
• Аквапорины - водные каналы мембраны