Фізіологія рослин - конспект лекцій - О. М. Тарнопільська 2019

2. Структурні компоненти рослинної клітини
2.6 Структура та функції мембран у рослинній клітині

До елементів протопласта належать мембрани. Вони ділять клітину на компартменти. Мембрани мають симетричну, лінійну, трьохшарову структуру. Основу цієї структури становить бімолекулярний шар ліпідів, розміщений між двома моношарами білків. Загальна товщина мембран становить 6-10 нм. Згідно даних у мембранах є пори (канальці). В утворенні стінок канальців беруть участь тільки білкові речовини.

У 1972 р. С. Сінгер та Г. Ніколсон запропонували рідинно-мозаїчну модель мембрани. На сьогодні найбільшим визнанням користується рідинно- мозаїчна модель біологічних мембран.

Мембрани - це ліпопротеїдні комплекси, які складаються приблизно з 60 % білків і 40 % ліпідів, серед яких переважають фосфоліпіди, (зустрічаються також галактоліпіди, стерини, Жирні кислоти). Ліпіди повернуті один до одного своїми гідрофобними кінцями. У фосфоліпідів дві гідроксильні групи в молекулі гліцерину заміщені жирними кислотами, а третя - фосфорною кислотою. До фосфорної кислоти можуть бути приєднані різні сполуки, зазвичай аміноспирти - етаноламін, або холін. Молекула фосфоліпідів полярна, вона містить гідрофільну головку (фосфорна кислота, аміноспирт) і два гідрофобних вуглеводних хвости. Ненасичені жирні кислоти полярних ліпідів забезпечують дещо рихлий (рідкий) стан біошару при фізіологічних температурах. Цьому сприяють і стерини. Ліпіди не закріплені міцно, а безперервно міняються місцями. Переміщення ліпідів буває двох типів: у межах свого моношару та шляхом переміщення двох ліпідних молекул у двох моношарах («фліп-флоп»). У разі матеріальної дифузії молекули ліпідів міняються місцями за секунду мільйон разів. Переміщення молекул ліпідів із одного моношару в інший проходить значно рідше. Ліпідний шар стабілізується гідрофобними взаємодіями (вандервальсові сили, зчеплення молекул), тоді як між ліпідами й білками розвиваються взаємодії гідрофільного характеру. У рідких шарах ліпідних мембран містяться спеціалізовані протеїнові комплекси. Ліпопротеїни занурені в ліпідну фазу і утримуються гідрофобними зв’язками (інтегральні білки).

Гідрофільні білки (периферичні) утримуються на внутрішній і зовнішній поверхнях мембран електростатичними зв’язками, що взаємодіють із гідрофільними головками полярних ліпідів. Важливу роль у формуванні мембран відіграють гідрофобні зв’язки: ліпід - ліпід, ліпід - білок, білок - білок. До складу мембран входять білки, які виконують різноманітні функції: ферментів, насосів, переносників, іонних каналів, структурні білки й білки- регулятори.

Залежно від складу ліпідів і білків, які входять до складу мембрани, особливості її структури різні.

Мембрани виконують такі функції:

1. Бар’єрна. Мембрани розділяють клітину на окремі компартменти (відсіки). Вони оточують цитоплазму й органоїди та у такий спосіб дають можливість утримувати в невеликих об’ємах необхідні Ферменти і метаболіти, створювати на різних сторонах мембрани різноманітні, іноді протилежні за напрямком біохімічні реакції.

2. Транспортна. Через мембрани здійснюється трансмембранне перенесення іонів, субстратів, метаболітів. Розрізняють пасивну, полегшену дифузію та активне перенесення іонів через мембрани. Завдяки мембранам Організм функціонує як відкрита динамічна система.

3. Осмотична. Осмотичне надходження води в рослину не призводить до розриву клітин, оскільки гідростатичному тургорному тиску протидіє тиск еластично розтягнутих клітинних стінок. Регулюючи концентрацію осмотично активних речовин, рослинні клітини всмоктують воду із довкілля, навіть якщо вміст води в середовищі є низьким.

4. Структурна. Мембрани упорядковують розміщення поліферметних комплексів, висока ефективність яких здійснюється внаслідок зближення каталітичних центрів.

5. Акумуляція та трансформація енергії. На мембранах хлоропластів енергія світла трансформується в енергію хімічних зв’язків НАД⁺ і АТФ, а в кінцевому підсумку - в енергію хімічних зв’язків цукрів, органічних кислот, амінокислот. На мембранах мітохондрій у процесі Дихання утворюється та акумулюється в макроергічних зв’язках АТФ.

6. Рецепторно-регуляторна. До складу мембран входять хемо-, фото- й механорецептори білкової природи, які чутливі до дії хімічних і фізичних факторів. Ці рецептори приймають сигнали, які поступають із зовнішнього та внутрішнього середовища та забезпечують відповідь клітини на зміну цих умов. Через рецепторні системи здійснюється функціональний взаємозв’язок і між окремими компонентами протопласту клітини.

7.  На мембранах концентруються й адсорбуються різні речовини.

8. Мембрани мають здатність самозбиратися. Якщо мембрани обробити спиртом або хлороформом (вимити з них ліпіди), а потім знову їх додати, то Структура мембран відновлюється.