Функции мембран
Мембранные структуры играют огромную роль в процессах клеточной проницаемости, они являются избирательными фильтрами и регуляторами поступления и выхода веществ. Многие мембраны обладают функцией активного транспорта и способны перекачивать вещества против градиента концентрации. Огромную работу по транспорту веществ выполняет нефрон — клетка почечных канальцев. Основная ее функция — поддержание постоянного состава и основных физико-химических свойств жидкостей внутренней среды организма. Нефрон — асимметрично построеннаяклетка, ее апикальная и базальная мембраны обладают различными биохимическими и транспортными свойствами. Через апикальную мембрану, обращенную в просвет канальца, всасываются разнообразные биологически значимые вещества — сахара, аминокислоты, витамины, ионы, вода, — и через базальную мембрану они поступают в кровь. Этот процесс называется реабсорбцией. Одновременно с ним в нефроне происходит транспорт веществ в противоположном направлении — целый ряд избыточных и чужеродных веществ удаляется из крови и выводится в просвет канальца.
Некоторые мембраны участвуют в процессах переваривания пищевых веществ. Так, плазматическая мембрана микроворсинок эпителиальных клеток кишечника на внешней поверхности имеет слой кислых мукополисахаридных нитей, называемый гликокаликсом (рис.15). Внутри слоя и на поверхности самой мембраны имеются пищеварительные ферменты, которые обеспечивают мембранное пищеварение. Интересно, что их функция теснейшим образом сопряжена с функционированием транспортной, всасывающей системы мембран, с работой переносчиков.
Рис. 15. Схема строения поверхности микроворсинки: 1 — протоплазматическая мембрана; 2 — гликокаликс; 3 — пищевые субстраты; 4 — ферменты; 5 — переносчики (Уголев, 75)
На внутриклеточных мембранах монтируются сложнейшие полиферментные системы, обеспечивающие направленное течение различных-метаболических процессов. Так, на внутренней митохондриальной мембране организованы ферменты, участвующие в процессах дыхания и окислительного фосфорилирования. При смене уровня метаболизма изменяется объем митохондрий, они набухают или сокращаются, при этом изменяется также структура внутренних мембран и связанного с ними матрикса (рис. 16). Последний представляет собой упорядоченную тонкофибриллярную сеть. При отсутствии в среде источника энергии эта сеть становится плотной с немногими толстыми тяжами; при наличии источника энергии (АТФ) она представляет собой мелкую сеть тончайших фибрилл. Полагают, что в основе явления набухания и сокращения митохондрий лежат обратимые конформационные изменения макромолекул митохондриальных мембран, в первую очередь ферментов дыхания и окислительного фосфорилирования.
Рис. 16. Схема строения митохондрии. 1 — внешняя ограничивающая мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — кристы; 4 — матрикс
Интенсивные синтетические процессы протекают и на мембранах эндоплазматического ретикулума,. и на фотосинтезирующих мембранах хлоропласта. Последние, помимо, ферментов, содержат пигмент хлорофилл, поглощающий свет определенной длины волны. Специализированные мембраны рецепторных клеток несут белки, специфически чувствительные к определенным воздействиям.
Об этом подробно будет рассказано в главе о рецепторной функции клетки.
Все больше и больше накапливается данных о том, что мембранные структуры клетки обладают способностью самосборки: будучи разрушенными, они могут сами вновь восстановиться. Клеточные мембраны являются очень лабильными и подвижными структурами. В зависимости от функции они изменяют и свою структурную организацию. По мере функционирования мембраны заменяются новыми, а старые исчезают, что обеспечивается деятельностью всей клетки. Мембраны теснейшим образом связаны со всей клеткой и составляют с ней единую неразрывную систему.
Для расшифровки строения и функционирования биологических мембран большой интерес представляют данные, полученные на искусственных мембранах. С помощью антибиотиков (например, валиномицина) им можно придать такую же высокую ионную избирательность, которая характерна и для биологических мембран.
