Глава 3. Мембрани.

Біохімія— наука про хімічний склад організмів та їхніх складових частин та про хімічні процеси, що протікають в організмах. Біофізика - розділ фізики і сучасної біології, що вивчає фізичні аспекти існування живої природи на всіх її рівнях, починаючи від молекул і клітин і закінчуючи біосферою в цілому. Це наука про фізичні процеси, що протікають у біологічних системах різного рівня організації та про вплив на біологічні об'єкти різних фізичних факторів

Біологічні мембрани–структури, що обмежують клітини і внутрішньоклітинні органели (мембрани мітохондрій, хлоропластів, лізосом, ендоплазматичного ретикулуму та ін.)

Основними компонентами б.м.: ліпіди, білки і вуглеводи, є також мінорні компоненти: як нуклеїнові кислоти, поліаміни та неорганічні іони, а також зв’язана вода.

Мембранні ліпіди: фосфоліпіди (фосфатидилхолін), гліколіпіди, холестерин, тригліцерол і вільні жирні кислоти.

М.л. поділяються на дві функціонально різні частини: неполярні (не несуть зарядів) «хвости» (гідрофобний – звернені всередину), що складаються з жирних кислот, і заряджені полярні «головки»(гідрофільна – звернені назовні). Полярні головки несуть на собі негативні заряди або можуть бути нейтральними. Наявність неполярних хвостів пояснює хорошу розчинність ліпідів у жирах і органічних розчинниках.

Вільний простір між гідрофобними хвостами ліпідів займає холестерол - надає мембрані жорсткість, перешкоджає переміщенню полярних молекул з клітини і в клітину.

Біол. мемб. можна розглядати як електричний конденсатор, в якому пластинами є електроліти зовнішнього та внутрішнього розчинів(позаклітинного і цитоплазми) із зануреними в них головами ліпідних молекул – подвійним шаром їхніх «хвостів». Ліпіди – діелектрики з діелектричною проникністю ε ≈ 2.

Мембранні білки, групи: ферменти, рецепторні білки і структурні білки.

У різних мембранах існує характерний набір ферментів. Наприклад, в плазматичній мембрані локалізується К-Nа-залежна АТФ-аза, що бере участь у транспорті іонів.

Рецепторні білки специфічно зв’язуються з тими чи іншими речовинами і як би «впізнають» їх: це білки-рецептори для гормонів, для пізнавання поверхні сусідніх клітин, вірусів і т.д.

Структурні білки забезпечують міцність мембрани і пов’язані з різноманітними білковими структурами цитоплазми (в епітеліальних клітинах білки плазм. мембрани зв’язуються з елементами цитоскелету і беруть участь в утв. міжклітинних сполук - десмосоми, адгезивні контакти).

Інтегральні білки пронизують ліпідний бішар мембрани, а периферичні білки локалізовані на поверхні мембрани (ферменти; білки, координуючі форму цитоскелету; білки, пов’язані з глікокаликсом).

Асиметрія в будові мембран найяскравіше проявляється стосовно інтегральних білків.

Білки, як правило, гідрофобні глобулярні структури, досить міцно зв’язані з мембранами за рахунок не тільки гідрофобних, але й електростатичних взаємодій.

Основну роль в орієнтації інтегральних білків в мембрані грають гідрофобні взаємодії.

Периферичні білки утримуються на мембрані переважно електростатичними взаємодіями. Молекули периферичних білків руйнуються протеолітичними ферментами (протеазами) повністю, а інтегральних білків – частково; протеолізу підвергаються лише ті компоненти інтегральних білків, які вступають в контакт з гідрофільним середовищем.

Вуглеводи мембран - молекули вуглеводів розташовані в зовнішніх шарах мембран. Це короткі лінійні або розгалужені ланцюжки, до складу яких входять галактоза, маноза, фруктоза, сахароза, N-ацетилглюкозамін, арабіноза, ксилоза та ін. Їх основне призначення – зчеплення між сусідніми клітинами та обмін інформацією між ними.

Еволюція мембран: Паралельне існування білків і нуклеїнових кислот у просторі, відкрило шлях для виникнення живих організмів. Це могло статися тільки при наявності біологічних мембран. Завдяки біологічним мембранам утворюється зв'язок між навколишнім середовищем і білками, нуклеїновими кислотами. Тільки через біологічні мембрани йде процес обміну речовин і енергії. Протягом мільйонів років первинні біологічні мембрани, поступово ускладнюючи, приєднували до складу різні білкові молекули. Таким чином, шляхом поступового ускладнення з'явилися перші живі організми (протобіонти).