Клітинні мембрани, принцип конпартментації.

Основними компонентами клітин є біомембрани, цитоплазма і ядро. Організація і функціонування всіх компонентів клітини пов'язані в першу чергу з біологічними мембранами.

Мембрани - високовпорядковані, складні молекулярні системи, відповідальні за основні процеси життєдіяльності клітин. Наприклад, мембрани поділяють вміст клітини на відсіки (компартменти), завдяки чому в клітині одночасно можуть перебігати різні, навіть антагоністичні, процеси; регулюють метаболічні потоки; підтримують різницю концентрацій речовин (іонів, метаболітів) шляхом переміщення; створюють різницю електричних потенціалів; беруть участь у процесах синтезу і каталізу та ін. Крім того,

мембрани є основою для точного розміщення ферментів, а тому зумовлюють впорядкованість обмінних реакцій. Так, в ендоплазматичній сітці відбувається синтез білків, жирних кислот і фосфоліпідів.

У мітохондріях здійснюється цикл Кребса, окисне фосфорилування, окиснювання жирних кислот.

Відповідно до рідинно-мозаїчної моделі будови, клітинні мембрани - це напівпроникний ліпідний бішар із вбудованими в нього білками.

Мембрани різних органел мають неоднаковий ліпідний і білковий склад, що забезпечує їх функції. Кожний різновид мембран містить близько 50 % білків.

Ліпідний бішар являє собою рідину, в котрій окремі молекули ліпідів здатні дифундувати в межах свого моношару, але можуть іноді переміщатися з одного шару в другий. В'язкість і рухливість ліпідного бішару залежить від його складу і температури.

Цитоплазматична мембрана зовні вкриває клітину і є важливою ланкою в системі біомембран, необхідною умовою існування будь-якої клітини. Її поява була однією з умов виникнення життя. До складу цитоплазматичних мембран, крім ліпідів і білків, входять також молекули гліколіпідів і глікопротеїдів із розгалуженими вуглеводними ланцюгами. Ці розгалужені ланцюги на поверхні клітини переплітаються один з одним, створюють ніби каркас із вплетеними в нього молекулами білків (глікокалікс), що складається з полісахаридів, ковалентно зв'язаних із глікопротеїдами і гліколіпідами плазмолеми. Функції глікокаліксу: а) міжклітинне розпізнавання; б) міжклітинна взаємодія; в) пристінкове травлення.

Мембранні ліпіди - амфіпатичні молекули (володіють як гідрофобними, такі полярними властивостями) і у водному середовищіутворюють подвійний шар (бішар). Ці бішари самоорганізуються у закриті компартменти, що здатні відновлюватися при ушкодженнях.

Білки складають понад 50 % від маси мембран, більшість із них має глобулярну структуру.

Мембранні білки розподілені по зовнішньому і внутрішньому бішарах нерівномірно (асиметрично). Для мембран різних органел характерний неоднаковий білковий склад.

Функції біомембран:

1. Захисна: Мембрана обмежує цитоплазму від міжклітинного простору, а більшість

клітинних органоїдів - від цитоплазми. Захищає від проникнення сторонніх речовин, підтримує гомеостаз клітини.

2. Формування гідрофобної зони: Гідрофобна зона є основним бар'єром, що запобігає проникненню більшості речовин. Ряд найважливих метаболічних процесів перебігає тільки в неполярному середовищі.

3. Транспортна: Перенесення речовин через біомембрани. Мембрана забезпечує вибіркове

переміщення молекул і іонів; створює трансмембранну різницю електричного потенціалу. Основні типи перенесення речовин: 1) пасивний (осмос, проста дифузія, полегшена дифузія); 2) активне переміщення

речовин проти градієнта концентрацій; 3) ендо- й екзоцитоз.

4. Компартментація клітини: Система внутрішніх мембран розділяє вміст клітини на відсіки (компартменти), що мають специфічну структуру. У них зосереджені визначені молекули, необхідні для виконання певних функцій. Усі мембранні органели є внутрішньоклітинними компартментами

5. Утворення органел: Мембранні органели забезпечують одночасний перебіг багатьох

різноспрямованих метаболічних процесів

6. Рецепторна: Наявність у мембрані різноманітних рецепторів, що сприймають хімічні сигнали від гормонів, медіаторів та інших біологічно активних речовин, зумовлює здатність змінювати метаболічну активність клітини

7. Утворення міжклітинних контактів: Біомембрани можуть створювати такі види контактів: 1) простий контакт (зближення мембран клітин на відстань 15-20 нм); 2) щільний замикаючий контакт, непроникний для макромолекул та іонів (злиття ділянок плазмолеми сусідніх клітин); 3) десмосоми (ділянки ущільнення між клітинами, що утворюють механічні зв'язки); 4) щілинний контакт; 5) синаптичний контакт (нервові клітини). Контакти важливі для взаємодії клітин і утворення тканин

Компартментація - це просторове розмежування клітини внутрішніми мембранами на відсіки, що дозволяє здійснювати перебіг багатьох біохімічних реакцій (часто протилежно спрямованих) одночасно і незалежно одна від одної. Близько половини загального об'єму еукаріотичних клітин розділені мембранами на компартменти, відомі як клітинні органели. Кожний відсік має у своєму складі специфічні білки, що визначають його унікальні функції. Крім того, цитозоль, ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі, ядро, мітохондрія, ендосома, лізосома і пероксисома, - це індивідуальні компартменти, відділені від інших відсіків клітини принаймні однією відбірково проникною мембраною.

6.Організація потоків речовин і енергії в клітинах.

У клітині постійно здійснюється потік речовин і енергії. Суть потоку речовин полягає в безперервному надходженні у клітину органічних і неорганічних сполук і виведенні кінцевих продуктів метаболізму.

Потік енергії - це сукупність реакцій розщеплення органічних речовин з вивільненням енергії хімічних зв'язків, яка акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ і використовується в подальшому клітиною.