Биохимия и молекулярная биология - Белясова Н.А. 2002

Структура и функции клеточных компонентов
Биомембраны

К биомембранам относят Плазматические мембраны клеток, ядерную мембрану, мембраны эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи, мембраны лизосом, пероксисом, митохондрий, хлоропластов, суперкапсиды вирусов, а также некоторые специализированные мембраны отдельных орга­низмов. Все они имеют классическую структуру — Липидный бислой с вкра­плениями белковых молекул, и можно говорить, что принципиально их орга­низация не различается, что дает право рассматривать эти принадлежащие разным организмам и органеллам мембраны в общей схеме.

Биомембраны выполняют такое количество разнообразных, неотъемле­мых для живых существ функций, что можно считать их появление решаю­щим этапом возникновения жизни. Основными функциями мембран являют­ся следующие:

1) ограничивающая: биомембраны окружают все про- и Эукариотические Клетки, обосабливая таким образом живое от неживого или отдельные клетки в многоклеточном организме. Мембраны также ограничивают содержимое отдельных органелл в эукариотических клетках, позволяя в каждой из них осуществляться специфическим процессам;

2) барьерная: биомембраны представляют собой высокоизбирательный барьер для большинства веществ, стремящихся попасть в клетку (органеллу) или покинуть ее;

3) мембраны обусловливают индивидуальность клеточных поверхностей, что особенно важно для многоклеточных животных организмов, лишенных клеточных стенок: это позволяет клеткам взаимодействовать между собой, формируя Органы и Ткани;

4) такие незаменимые для многих клеток процессы запасания энергии, как окислительное и Фотофосфорилирование, могут осуществляться только на мембранах;

5) многие ферментативные реакции осуществляются только в мембранах, и биомембраны воздействуют на активность многих ферментов;

6) генерация и перенос нервных импульсов возможны только на мембра­нах, биомембраны обладают рецепторной функцией. Работа высокоразвитых органов чувств высших животных и человека основана на свойствах мем­бран;

7) многие жизненно важные для клетки Функции требуют обязательного участия мембран. Это, в первую очередь, Синтез белка, Репликация ДНК, модификация и секреция белков, Регуляция метаболизма, основанная на гормональном ответе.

Биомембраны представляют собой природные пленки толщиной 5—7 нм, состоящие в основном из липидов, которым принадлежит, в первую очередь, структурная функция, и белков, определяющих разнообразие мембран и уни­кальность их свойств. Кроме того, в состав мембран входят Углеводы, кото­рые присутствуют там не в свободной форме, а в составе сложных соедине­ний: гликолипидов и гликопротеинов. Для объяснения организации био­мембран предложено несколько моделей, из которых общепринятой в на­стоящее время считается жидкостно-мозаичная модель С.Дж. Сингера и Г.Л. Николсона, предложенная в 1971 г. Согласно этой модели, основой мем­бран служит текучий липидный бислой, в котором остатки жирных кислот фосфолипидов находятся в жидкокристаллическом состоянии. В бислой по­гружены и встроены молекулы белков, также способные к движению. Со времени своего появления модель Сингера и Николсона претерпела некото­рые изменения и уточнения, но ее концептуальная основа осталась неизмен­ной.

Для изучения структуры биомембран используются в основном методы электронной микроскопии препаратов, приготовленных по типу заморажива­ния—скалывания, и метод дифракции рентгеновских лучей.