Биологические мембраны

15.09.2014
Биологические
мембраны
Структура
Свойства
Разнообразие
Транспорт через мембраны
Клеточные контакты
Биологическая мембрана

Определение: Избирательно
проницаемые барьеры, отделяющие
внутреннее содержимое клетки от
внешней среды или различные
компартменты внутри клетки.
http://biologiemoleculara.usmf.md
2
Типы клеточных мембран:


Плазмалемма
Внутренние мембраны







Ядерная оболочка
Мембраны гладкой и шероховатой ЭС
Мембраны АГ
Митохонодриальные мембраны
Мембраны лизосом
Мембраны пероксисом
Везикулярные мембраны
http://biologiemoleculara.usmf.md
3
1
15.09.2014
!!! Все клеточные мембраны :


Имеют общий принцип строения
Отличаются по особенностям организации и
выполняемым функциям, что обусловлено:
1) гетерогенностью белков
2) гетерогенностью фосфолипидов
3) гетерогенностью углеводов.
http://biologiemoleculara.usmf.md
4
Функции мембран
Биологический барьер
Избирательный транспорт ионов и молекул
Межклеточная сигнализация
Компартментация клетки
Клеточные контакты
Регуляция внутриклеточного и
межклеточного гомеостаза.






http://biologiemoleculara.usmf.md
5
Основные молекулярные компоненты клеточных мембран



Липиды – определяют структуру мембраны
Белки – определяют функциональные
особенности мембран
Углеводы – образуют гликокаликс на
поверхности мембраны
http://biologiemoleculara.usmf.md
6
2
15.09.2014
Основные молекулярные компоненты
клеточных мембран

Липиды:

Белки:

Углеводы:
фосфолипиды
сфинголипиды
холестерин
интегральные
периферические
гликолипиды
гликопротеины
http://biologiemoleculara.usmf.md
7
Фосфолипиды образуют бислой
и составляют основу мембраны
http://biologiemoleculara.usmf.md
8
Свойства
фосфолипидов
• амфипатичные
вещества
• способность к
самосборке
• способность
перемещаться
• ассиметричное
расположение
http://biologiemoleculara.usmf.md
9
3
15.09.2014
Фосфолипиды обеспечивают:
• биологический барьер
• подвижность и текучесть мембраны
• способность мембраны
восстанавливаться при повреждениях
• функциональные различия внешней и
внутренней мембран за счет своего
ассиметричного расположения
• образование клеточных компартментов.
http://biologiemoleculara.usmf.md
10
Холестерол
Обеспечивает
механическую
прочность и
упругость мембраны
http://biologiemoleculara.usmf.md
11
Мембранные белки




Не образуют монослой, а погружены в
липидный бислой
По разному ассоциируются с липидным
бислоем
Способны перемещаться
Гетерогенны и выполняют разные функции
http://biologiemoleculara.usmf.md
12
4
15.09.2014
По способу ассоциации с липидным бислоем различают
следующие типы белков:
• периферические
• интегральные
13
http://biologiemoleculara.usmf.md
Белки определяют функциональные особенности
мембран и могут быть:
• транспортные (каналы, переносчики,
ионные насосы)
• ферменты
• рецепторы
м
р
к
• специфические
белки и маркеры
• элементы клеточных контактов
http://biologiemoleculara.usmf.md
14
Углеводы мембраны





Составляют 2-10%
Представлены олигосахаридами
Связаны ковалентно с белками
(гликопротеины) и липидами (гликолипиды)
Локализованы на поверхности мембраны,
которая не контактирует с цитоплазмой
Образуют гликокаликс
http://biologiemoleculara.usmf.md
15
5
15.09.2014
http://biologiemoleculara.usmf.md
16
Мембранные углеводы обеспечивают:





Ориентацию белков в мембране
Индивидуальность клетки
Механическую защиту
Процессы клеточного узнавания и
межклеточного взаимодействия
Улавливание катионов.
http://biologiemoleculara.usmf.md
Рецепторы
17
Рецептор инсулина
http://biologiemoleculara.usmf.md
18
6
15.09.2014
Биогенез и эволюция мембран
19
http://biologiemoleculara.usmf.md
Транспорт веществ
Микротранспорт
Макротранспорт
Пассивный
Активный
• эндоцитоз
• осмос
• транспорт
ионов (ионные
насосы)
• экзоцитоз
• простая диффузия
• облегченная
диффузия
• транспорт ионов
ионофорами
• трансцитоз
• сопряженный
с ионными
градиентами
транспорт
http://biologiemoleculara.usmf.md
20
Типы транспортных
белков

белки-каналы

белки-переносчики
• ионные насосы
http://biologiemoleculara.usmf.md
21
7
15.09.2014
Транспортные белки переносят вещества через
мембрану тремя способами:
• унипорт
• симпорт
• антипорт
http://biologiemoleculara.usmf.md
22
Транспорт малых молекул
http://biologiemoleculara.usmf.md
23
Осмос
- Прохождение воды через
полупроницаемую мембрану
http://biologiemoleculara.usmf.md
24
8
15.09.2014
Простая диффузия



Перенос молекул через
бислой по градиенту
концентрации
Обеспечивает перенос
малых и
липорастворимых
молекул: вода,
некоторые газы,
этанол, витамин А,
глицерол и др.
Скорость переноса
зависит от: размеров
молекул, градиента
концентрации и
липорастворимости.
25
http://biologiemoleculara.usmf.md
Облегченная
диффузия


Перенос молекул по градиенту концентрации
с участием белков-каналов и белковпереносчиков
Примеры: транспорт анионов, мочевины,
глицерола и других неэлектролитов.
I
1
2
3 3
http://biologiemoleculara.usmf.md
26
Активный транспорт ионов и ионные насосы

Обеспечивается специальными белками-насосами, которые
локализованы в мембране и испытывают конформационные
изменения, вызываемые гидролизом АТФ или связыванием
ионов
http://biologiemoleculara.usmf.md
27
9
15.09.2014
Транспорт макромолекул через мембрану



Осуществляется путем образования мембранных пузырьков (в
мембранной упаковке)
Транспортируемые молекулы локализуются в пузырьках и не
смешиваются с другими макромолекулами и органоидами клетки
Различают три типа транспорта:
- эндоцитоз
- экзоцитоз
- трансцитоз
28
http://biologiemoleculara.usmf.md
1. Эндоцитоз – перенос макромолекул в клетку
Опосредуемый
рецепторами
эндоцитоз
Пиноцитоз
Фагоцитоз
http://biologiemoleculara.usmf.md
29
Примеры фагоцитоза
Полиморфноядерный
лейкоцит поглощает
бактерию в стадии деления
Полиморфноядерный лейкоцит
поглощает дрожжевую клетку
http://biologiemoleculara.usmf.md
30
10
15.09.2014
2. Экзоцитоз – транспорт макромолекул из клетки во
внеклеточное пространство
http://biologiemoleculara.usmf.md
31
3. Трансцитоз – проникновение веществ в клетку, транспорт к
противоположной мембране и выход из клетки путем экзоцитоза
http://biologiemoleculara.usmf.md
32
Клеточные контакты



Плотные замыкающие
Контакты слипания
Проницаемые контакты
http://biologiemoleculara.usmf.md
33
11
15.09.2014
Плотные контакты
• осуществляются
при помощи
специальных
белков
• плотно соединяют
2 мембраны
• встречаются в эпителиальных клетках
http://biologiemoleculara.usmf.md
34
Контакты слипания



Осуществляются при участии элементов цитоскелета
(актиновые и промежуточные филаменты)
Представлены десмосомами и полудесмосомами
Встречаются в эпителиальных клетках
http://biologiemoleculara.usmf.md
35
Проницаемые
контакты



Осуществляются при
помощи каналов,
образуемых между двумя
клетками
Представлены синапсами и
контактами типа “gap”
Встречаются в
эмбриональных клетках, в
гладкой мускулатуре
кишечника и нервной ткани
http://biologiemoleculara.usmf.md
36
12
15.09.2014
Межклеточная сигнализация
Взаимодействие клеток в многоклеточном организме
осуществляется тремя путями:

Клетки выделяют сигналы,
воспринимаемые другими
клетками

Клетки несут на поверхности
сигналы и требуют контакта с
клеткой-мишенью

Щелевые контакты
http://biologiemoleculara.usmf.md
37
http://biologiemoleculara.usmf.md
38
Цитоскелет
13