Химический состав и строение клеточных мембран

Биомембраны – это надмолекулярные структуры, построенные из белков и липидов в соотношении от 4:1 до 1:4. К мембранным липидам относятся глицерофосфолипиды, сфингозинсодержащие липиды, холестерин. Липопротеидную структуру мембран стабилизируют нековалентные связи: гидрофобные и ионные. Толщина биомембран колеблется в пределах от 60 до 400 ангстрем. Наиболее признанной теорией строения мембранных структур является жидкостно-кристаллическая мозаичная модель по Сэтиру. Согласно этой модели, мембрана представляет собой фосфолипидный бислой, в который встроены белки, свободный холестерин, гликопротеины, гликолипиды. Фосфолипидный бислой образуется спонтанно, что обусловлено его дифильной структурой. Свободный холестерин ориентируется своей ОН – группой к полярным группировкам фосфолипидов, а кольцо стерана образует гидрофобные связи с гидрофобными структурами фосфолипидного бислоя. Белки, входящие в состав мембран, выполняют разнообразные функции: ферментативную, антигенную, рецепторную, транспортную и другие.

Холестерин обеспечивает плотность, жёсткость, вязкость биомембран, уменьшает их проницаемость и текучесть.

Фосфолипиды клеточных мембран находятся в постоянном движении: 1. Вращение вокруг собственной оси. 2. Латеральная диффузия. 3.Кувырки (flip-flop). 4.Колебания углеводородных цепей жирных кислот. Латеральная диффузия обеспечивает замену отслуживших фосфолипидов новыми.

Биомембраны имеют асиммерическое строение: их наружные и внутренние слои отличаются по химическому составу. Снаружи располагаются биорецепторы, во внутреннем слое – аденилатциклаза и т.п. При температуре 37 градусов биомембраны находятся в жидко-кристаллическом состоянии, при понижении температуры подвижность компонентов биомембран понижается, и они переходят в состояние кристаллического геля. Строение и свойства мембранных структур обусловливают главное свойство мембран – их избирательную проницаемость и транспортную функцию.

Виды транспорта веществ через мембраны. 1. Диффузия – транспорт веществ по элетро –химическому градиенту. 2. Облегчённая диффузия – транспорт веществ через мембраны с помощью белков-переносчиков, ионофоров (например, ГЛЮТ-4). 3. Воротный механизм – транспорт через трансмембранные каналы, открывающиеся при падении потенциала.

4.Активный транспорт – транспорт веществ против градиента концентрации с затратой АТФ или за счёт электрохимического потенциала ионов натрия, калия, водорода, хлора. Кальция, магния и др. с участием АТФ – азы. 5. Эндоцитоз – перенос веществ в клетку из среды вместе с частью биомембраны. Так, например, поглощаются клетками ЛПНП из крови. 6. Экзоцитоз - перенос веществ из клетки в среду. Так, например, происходит секреция инсулина, коллагена и др.).

Биомембраны – это мишень для действия ядов, ультрафиолетовых лучей, радиоактивного излучения, УФЛ и других факторов. Их свойства изменяются при атеросклерозе, гипертонической болезни, аллергии и злокачественных заболеваниях. В патологии может нарушаться структура мембран, в разной степени может возрастать количество активных форм кислорода, активироваться свободно-радикальное окисление и перекисное окисление липидов. В результате могут появляться каналы проницаемости, которых нет в норме. Например, при гипертонической болезни увеличивается транспорт ионов кальция в клетку, что ведёт к повышенному спазмированию артериол и повышению АКД. В связи с этим одним из подходов к лечению гипертонической болезни является применение лекарств – ингибиторов кальциевых каналов.