Мембраны биологические основные функции

Все биологические мембраны, включая плазматическую мембран и внутренние мембраны эукариотических клеток, имеют общие структурные особенности они представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Благодаря этим взаимодействиям поддерживается структурная целостность мембран Однако сами по себе клеточные мембраны являются подвижными, текучими структурами и большинство входящих в их состав молекул способны перемещаться в плоскости мембраны. Как показано на рис. 6-1, липидные молекулы образуют непрерывный двойной слой толщиной около 5 нм. Липидный бислой - это основная структура мембраны, которая и создает относительно непроницаемый барьер для большинства водорастворимых молекул. Белковые молекулы как бы растворены в липидном бислое. С их помощью выполняются разнообразные функции мембраны. Одни мембранные белки обеспечивают транспорт молекул внутрь клетки или из нее, другие являются ферментами и катализируют ассоциированные с мембраной реакции. Еще один класс белков осуществляет структурную связь плазматической мембраны с цитоскелетом, с одной стороны, и(или) с внеклеточным матриксом либо с соседней клеткой - с другой. Отдельную группу составляют белки, выполняющие роль рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. Как и следовало ожидать, мембраны асимметричны оба их слоя различаются по липидному и белковому составу, что отражает, по-видимому, функциональные различия их поверхностей. [c.349]

Одно из самых значительных достижений рентгеноструктурного анализа белков последних лет, которое не может не повлиять на дальнейшее развитие биологии и становление ее новой области -молекулярной биологии клетки, состоит в начавшейся расшифровке трехмерных структур первых мембранных белков. Перед обсуждением полученных здесь результатов целесообразно кратко сообщить о том, что было известно об этих белках до исследования их с помощью рентгеновской дифракции. Если основные структурные особенности биологических мембран определяются молекулами липидного бислоя, то специфические функции мембран выполняются главным образом белками. Они ответственны за процессы превращения энергии, выступают в качестве рецепторов и ферментов, образуют каналы активного и пассивного транспорта молекул и ионов различных веществ через мембраны, охраняют организм от проникновения чужеродных антигенов и стимулируют иммунный ответ клеточного типа. В обычной плазматической мембране белок составляет около 50% ее массы. Однако в некоторых мембранах, например во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов, его содержание поднимается до 75%, а в других, например миелиновой мембране, снижается до 25%. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой насквозь и контактируют с водной средой по обеим сторонам мембраны. Молекулы этих белков, называемых трансмембранными, как и окружающие их молекулы липидов, обладают амфипатическими свойствами, поскольку содержат гидрофобные участки, взаимодействующие внутри бислоя с гидрофобными хвостами липидов, и гидрофильные участки, обращенные к воде с обеих сторон мембраны. Другая группа мембранных белков соприкасается с водой только с одной стороны бислоя [234, 235]. Одни из них погружены только во внешний или во внутренний слой мембраны, другие ассоциированы за счет невалентных взаимодействий с трансмембранными белками, третьи прикреплены к мембране с помощью ковалентно связанных с ними цепей жирных кислот, внедренных в липидный слой. [c.56]

Чувствительность биологических процессов к pH обусловлена целым рядом причин.. Ионы водорода могут выступать в качестве катализатора ряда процессов, быть реагентом или продуктом реакции. Кроме того, при изменении pH может измениться проницаемость клеточной мембраны, а следовательно, и распределение веществ или ионов по обе ее стороны. Подобно другим биологическим структурам, мембраны содержат способные к ионизации группы, и в зависимости от степени их ионизации меняется конформация, а значит и биологическая активность молекул, в которые эти группы входят. Это прежде всего касается белков, а следовательно, ферментов. В некоторых белках небольшое изменение pH окружающей среды вызывает проявление биологической активности. На примере гемоглобина, основной функцией которого является перенос кислорода от легких к тканям, можно видеть, что при активном тканевом дыхании незначительное понижение pH в тканях в результате образования углекислоты и ионов водорода облегчает высвобождение кислорода. Процесс высвобождения кислорода сопровождается связыванием протонов гемоглобином, что увеличивает буферную емкость системы. [c.19]

Транспорт через клеточные мембраны основного продукта гидролиза углеводов пищи — глюкозы — регулируется инсулином (гормоном, вырабатываемым поджелудочной железой), строение и биологические функции которого рассмотрены в главе 9. [c.398]

Несмотря на то что каждому типу мембран присущи определенные липидные и белковые компоненты, основные структурные и функциональные особенности, обсуждаемые в этой главе, характерны как для внутриклеточных, так и для плазматических мембран. Прежде всего нам хотелось бы рассмотреть структуру и организацию главных компонентов всех биологических мембран - липидов, белков и углеводов. Затем мы обсудим механизмы, используемые клетками для транспорта малых молекул через плазматическую мембрану, а также способы поглощения и выделения клетками макромолекул и крупных частиц. В последующих главах будут проанализированы некоторые дополнительные функции плазматической мембраны роль в клеточной адгезии (гл. 14) и в сигнальных функциях (гл. 12). [c.349]

Липидный бислой определяет основные структурные особенности биологических мембран, тогда как белки ответственны за большинство мембранных функций. Они выступают в качестве специфических рецепторов и ферментов, осуществляют транспорт через мембрану различных веществ и т. д. Большинство мембранных белков пронизывает бислой в виде одиночной а-спирали но есть и такие, которые пересекают бислой несколько раз в виде серии а-спиралей. Следующая группа белков ассоциирует с мембраной, не пересекая бислой, а прикрепляясь к той или другой стороне мембраны. Многие из этих белков связаны нековалентными взаимодействиями с трансмембранными белками, есть и такие, которые [c.376]

В этой главе мы сначала рассмотрим фундаментальные термодинамические законы, в соответствии с которыми происходит распределение малых молекул по разные стороны полупроницаемой мембраны, и обсудим, как с их помощью можно подойти к рещению некоторых интересных проблем. Эти законы лежат в основе поведения всех полупроницаемых перегородок, в том числе и сложных биологических мембран. Затем мы рассмотрим свойства искусственных биологических мембран — фосфолипидных бислоев, с тем чтобы понять термодинамические принципы, в соответствии с которыми формируются такие слои, и чтобы установить взаимосвязь между структурой и функцией бислоев. Мы не ставим своей целью охватить сколько-нибудь существенную часть работ в этой области, а лишь суммируем основные принципы. Анализ свойств искусственных мембран поможет нам понять, как функционируют естественные биологические мембраны, о которых шла речь в гл. 4. [c.444]

Хотя основные структурные особенности биологической мембраны определяются свойствами липидного бислоя, большинство их специфических функций осуществляется белками Вот почему типы белков и их количества в мембране сильно варьируют в миелиновой мембране, которая служит преимущественно для изоляции аксонов. Белки составляют менее 25% массы мембраны, а в мембранах, связанных с процессами превращения энергии (например, во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов) на их долю приходится около 75% массы мембраны В обычной плазматической мембране количество белков равно приблизительно половине ее массы, т е значение этого показателя среднее между указанными выще крайними величинами Поскольку размер липидной молекулы весьма мал по сравнению с размерами молекулы белка, можно сделать вывод, что в мембране всегда содержится значительно больще молекул липидов, чем белков. Например, если белки составляют 50%. массы мембраны, то на одну молекулу белка приходится приблизительно 50 липидных молекул [c.360]

Биологические мембраны представляют собой строго организованные структуры, которые разделяют две различные фазы и одновременно определяют условия их взаимосуществования. Они не являются статическими барьерами, а активно взаимодействуют с окружающей средой. Даже простое перечисление функций мембран показывает, насколько разнообразна работа этих структур. К основным функциям мембраны можно отнести следующие. [c.7]

Классифицируя мембраны по их основным функциям, следует отметить их большое разнообразие и по таким признакам, как происхождение и структура. Принято рассматривать в отдельности плазматические мембраны, ядерные мембраны, мембраны миелино-вых оболочек, мембраны вирусов и бактерий, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, мембраны митохондрий, возбудимые мембраны и др. Основные функции мембран реализуются в этих структурах со специфическими особенностями. Исследование обширного круга вопросов по структуре и функции различных биологических мембран составляет предмет нового направления биологической науки — мембранологии, которая интенсивно развивается в последние десятилетия. В предлагаемой книге основное внимание уделено транспортной функции плазматических мембран и, в частности, кинетическому исследованию мембранных транспортных ферментов. [c.8]

В мембранах липиды образуют биологические барьеры и оболочки, тогда как специфические функции мембран, такие, как, например, транспорт, передача сигнала и преобразование энергии, выполняются белками [19, 695—697]. Информация об аминокислотных последовательностях во внутримембранных частях белков крайне ограниченна известно, что в них имеются довольно протяженные участки неполярных остатков [698]. Наиболее подробная информация о третичной структуре получена для мембранного белка из Яй-loba terium lialobium [699, 700]. Субъединица этого белка состоит в основном из семи параллельных или антипараллельных а-спиралей, вытянутых от одной поверхности мембраны до другой. Другая хорошо исследованная система обсуждается ниже. [c.267]

Клеточная мембрана и сеть эндоплазматических мембран являются существенным элементом каждой живой клетки. Они не только отграничивают друг от друга клетки и их структурные элементы, но и обеспечивают активный транспорт низкомолекулярных веществ. Основной биологической функцией эндоплазматической сети и связанного с ней образования — так называемого аппарата Гольджи является, по-видимому, синтез основных биополимеров клетки и их транспортировка в нужные участки клетки . В участках так называемой шероховатой сети с эндоплазматическими мембранами связаны рибонуклеопротеидные частицы — рибосомы, в которых происходит синтез белка. В гладких участках эндоплазматической сети происходит биосинтез полисахаридов и липидов. [c.600]

Ионы щелочноземельных металлов Са MawMg встречаются в основном внутри клеточной мембраны, Са " " - в осдавном снаружи. В число биологических функций этих ионов входят поддержание химического потенциала, посылка и передача нервных сигналов кроме того, путем комплексообразования они усиливают такие функции лигандов, как активация ферментов и поддержание структуры тканей. Это усиливающая способность есть результат сильного взаимодействия Mg и Са с присущими биоло- [c.269]

Как модели, липосомы значительно ближе к биологическим мембранам, чем бислойные липидные пленки. Как и биологические мембраны, они предстввляют собой замкнутые системы, что делает их пригодными для изучения пассивного транспорта ионов и малых молекул через липидный бислой. В отличие от БЛМ, липосомы достаточно стабильны и не содержат органических растворителей. Состав липидов в липосомах можно произвольно варьировать и таким образом направленно изменять свойства мембраны. В настоящее время хорошо разработаны методы включения функционально-активных мембранных белков в липосомы. Такие искусственные белково-лнпидные структуры обычно называются протеолипо-сомами (рис. 310). Благодаря возможности реконструкции мембраны из ее основных компонентов удается моделировать ферментативные. транспортные и рецепторные функции клеточных мембран. В липосомы можно авести антигены, а также ковалентно присоединить антитела (рис. 311) и использовать их в иммунологических исследованиях. Они представляют собой удобную модель для изучения действия многих лекарственных веществ, витаминов, гормонов, антибиотиков и т. д. Как уже отмечалось, при образовании липосом водорастворимые вещества захватываются вместе с водой и попадают во внутреннее пространство липосом. Таким путем можно начинять липосомы различными веществами, включая [c.579]

Состав липидов бактерий представлен прежде всего сложными липидами — фосфо- и гликолипидами. Нейтральные липиды составляют очень небольшую часть общего количества липидов. Фосфатидилинозиты являются основными фосфатидными компонентами сложных гликолипидов микобактерий и коринебактерий. Биологические функции их неизвестны. Фосфати-днлхолины (лецитины) у большинства видов бактерий не обнаружены. Фосфатидилэтаноламииы (кефалины) являются основными фосфатидными компонентами грамотрицательных бактерий, выполняют структурную функцию. Фосфатидилсерин — предшественник фосфатидилэтаноламина — является липидным компонентом мембраны АТФ-й системы в клетках. [c.331]

В главах 12—15 освещаются вопросы обмена жизненно необходимых соединений, аминокислот, белков, углеводов, липидов, воды и минеральных веществ. В главе 12рассмотрен обмен белков и аминокислот, занимающий особое место в процессах метаболизма, что связано с уникальными биологическими функциями белков и специфической ролью аминокислот как основных источников азота для организмов человека и животных. Обмен углеводов обсуждается в главе 13. Известно, что углеводы занимают первое место среди веществ, служащих в качестве источника энергии для организма, а кроме того, они выполняют ряд других важных биологических функций. Обмен липидов описан в главе 14, особое внимание уделяется ряду специфических особенностей их метаболизма, связанных с химическим строением. Глава 15 посвящена рассмотрению процессов водно-минерального обмена и транспорта биологически активных соединений через клеточные мембраны, благодаря этим процессам поддерживается постоянство состава внутри- и внеклеточных жидкостей организма. [c.310]

Фотодинамические эффекты наблюдаются и при облучении биологических систем видимым светом без добавленных сенсибилизаторов. Недавно такой эффект подробно исследован на дрожжевых клетках. На основании изучения спектра действия фотоинактивации клеток, обнаружившего близкое сходство со спектром поглощения порфирина, выделенного из плазматических мембран дрожжей, сделано заключение, что этот пигмент выполняет роль эндогенного фотосенсибилизатора. Показано также, что основным инициатором фотодеструктивных реакций, приводящих к нарушению барьерной функции плазматических мембран, является фотогенерируемый порфирином. Как установлено в экспериментах с изолированными плазматическими мембранами, фотосенсибилизированное изменение их проницаемости обусловлено главным образом процессом перекисного фотоокисления липидов. На основании зарегистрированного методом ЭПР ограничения подвижности спинового зонда (5-доксилпальмитат) сделан вывод о том, что перекисное фотоокисление липидов сопровождается увеличением вязкости мембраны. [c.456]

Специфический аппарат, выработанный в ходе эволюции и предназначенный для реализации действия фотопродуктов и стыковки их с основными процессами жизнедеятельности, обычно представлен в физиологических реакциях, а в повреждающих, деструктивных, отсутствует. Здесь сдвиги в метаболизме наступают вследствие прямого повреждения жизненно важных биологических структур (ДНК, РНК, белков, мембраны), которые уже не выполняют или выполняют неправильно свои обычные темновые функции. Более того, для самого уникального и ключевого биополимера (ДНК) природа позаботилась о создании антиусилительного , ослабительно-го аппарата, включающего несколько реагирующих систем, которые активно устраняют фотохимические дефекты макромолекулы.. [c.373]

Предполагается участие этого фермента в мембранном транспорте глутамата. Известно, что биологические мембраны более проницаемы для глутамина, чем для глутамата, и глутаминаза может участвовать в превращении глутамина крови во внутриклеточный глутамат. Глутаминаза играет важную роль также в регуляции содержания глутамата в нервных окончаниях. Тот факт, что глутаминсинтетаза локализована в основном в глиальных клетках, а глутаминаза наиболее активна в нейронах, а также то, что глутамин оказался главным предшественником глутамата и ГАМК, выполняющих трансмиттерную функцию, послужил основанием для концепции о существовании глута- [c.47]