Клеточная мембрана: основные функции

- Для более удобного понимания сути Клетки предлагаю рассматривать Ядро как Дом, Цитоплазму как Двор и Мембрану как Забор. Мембрана (лат. — membrana) — это пограничная оболочка Клетки, которая сродни Забору вокруг Двора… Для чего нам Забор?
- Прежде всего для защиты Двора как собственной территории от постороннего вредного вмешательства извне.
- Верно. Так же и Клетка защищена Мембраной от «свободного сквозняка». Как у Забора есть Калитка и Врата, так и Мембрана имеет специальные каналы для проникновения в Клетку и из нее обратно молекул и ионов.
- А как Клетке знать, кого и когда пропускать в свой Двор?
- Для этого в Мембране есть множество рецепторов, воспринимающих химические сигналы. Гормоны, медиаторы и другие биологически активные вещества распознаются Мембранными рецепторами, а затем Клетка определяет, как ей реагировать на таких гостей.
- Это типа Домофона у калитки?
- Примерно так. Зная, кто возле Калитки, мы можем сами решать, пускать или не пускать. Точно так же и Клетка, зная, что вокруг Мембраны, определяет свою реакцию на присутствие того или иного химического агента.
- Смысл всего этого?
- Смысл — изменять свою метаболическую активность в зависимости от состояния внешней среды… Это примерно как выглянуть с окна на улицу и определить, во что нам одеваться.
- А если за забором враги?
- В Мембране на такие случаи есть антигены: структуры, способные вызывать образование антител белков при необходимости защиты от внешних вредных агентов. Ученые полагают, что геометрические конфигурации антигена и антитела комплементарны, т.е. подходят друг к другу, как ключ и замок.
- Это как при определении на улице пожара позвонить в Пожарную службу?
- Или побежать за огнетушителем и затушить пожар под забором, если вдруг кто-то поджег под ним кучку с сухой травой.
- Теперь понял. Мембрана бережет наш Дворик…
- И не только бережет, но еще и поддерживает в нем свою собственную «ауру», своеобразное Настроение внутри Дворика. И это свершается благодаря избирательному транспорту ионов через Мембрану, которые поддерживают разность потенциалов…
- На улице одно Настроение, а внутри Дворика — другое?
- Да. На улице — настроение Улицы, а во Дворе — настроение, которое мы создаем своим присутствием и своим внутренним порядком…
И напоследок должен сказать, что Мембраны есть также и у Ядра, и у Органелл внутри Клетки. И эти мембраны нужны прежде всего для препятствия свободному перемещению воды и растворенных в ней веществ из Цитоплазмы в них и обратно…
- Защита стен Дома от климата во Дворе?
- Примерно так.

Клеточная мембрана: структура

- А из чего состоит Мембрана?
- Представь себе Колобка с двумя руками. За спинкой у него — рюкзачок. И вот такие Колобки стали друг против друга, лицом к лицу, и взялись за руки, образовав замкнутый шар. Эти взявшиеся за руки Колобки — двойной слой Фосфолипидов, которые углеводными цепочками (руками Колобков) удерживаются друг возле друга в вытянутом состоянии. А со стороны спинок Колобков — располагаются Белки, их рюкзачки.
- С обеих сторон?
- Да. Внутри — эластичный двойной слой Фосфолипидов, а с обеих его сторон — Белки… Мембрана благодаря такому строению эластична, несмотря на то, что очень тонка: ее толщина от 7 до 11 нанометров. Это выглядит так:

- Эластична за счет подвижности Липидов?
- Да, от 40 до 90 процентов липидов Мембраны — это Фосфолипиды, но есть также в ней и Гликолипиды. Благодаря тому, что большинство ее компонентов находится в жидком состоянии (Колобки, взявшиеся за руки), она подвижна и постоянно свершает волнообразные движения.
- Колобки танцуют?
- Можно сказать и так — И благодаря таким постоянным движениям Белки в ней подвижны и способны перемещаться из одной ее части в другую.
- А это для чего?
- Для транспорта веществ… Это уже транспортная функция Мембраны.

Мембранные белки

- Мы уже знаем, что внутренним слоем Мембраны являются Фосфолипиды. Белки же расположены с обеих сторон от слоя Фосфолипидов и представлены в основном Гликопротеинами. Одни из них проникают через всю толщину мембраны, за что их называют интегральными. Другие же прикреплены к поверхности, к Фосфолипидам, потому их называют периферическими.
- Интегральные — это как отверстия в заборе между штахетинами?
- Именно так. Через эти отверстия в заборе, через каналы интегральных белков происходит селективный обмен ионов, а также перенос крупных молекул из внешней среды внутрь Клетки.
- Транспортная функция?
- Да. Также и Селекция. Ведь периферические, поверхностные белки могут быть также рецепторами и антигенами. Потому они способны различать, селекционировать все то, что находится вне Клетки и определять, полезно оно Клетке или вредно.
- Полезное переносится внутрь интегральными белками, а вредное обезвреживается антителами?
- Именно так. Есть еще одно важное свойство в структуре интегральных белков: их углеводная часть выступает из Клетки наружу. И эти углеводные усики — носители антигенов групп крови, а также действуют как рецепторы, связывающие гормоны.
- Это там, за забором. А что внутри забора?
- Внутри забора? Есть одна важная функция и у периферических белков, которые расположены на внутренней стороне Мембраны и являются белками Цитоскелета.
- Цитоскелет???
- Да, Цитоскелет, который позволяет клетке быть гибкой и эластичной, а также прочной.
- За счет чего он эластичный и прочный? Специальные белки?
- Прочность — благодаря основному белку Цитоскелета — спектрину. К спектрину же крепится актин. Актин в свою очередь образует микрофиламенты, которые являются сократительным аппаратом Цитоскелета и обеспечивают его подвижность.
- Клетка способна изменять форму и двигаться?
- Да, благодаря Цитоскелету. Также способна отталкивать от себя «неприятелей».
- Неприятели? — Это кто такие будут?
- Гликопротеины в основном обладают большим отрицательным зарядом, что способствует отталкиванию от мембраны других отрицательно заряженных объектов. Неприятели в данном случае те, кто отрицательно заряжен.
- А если кто-то полезен? — Как его удержать?
- Есть способ: поверхностные гликопротеины образуют адгезивные молекулы, которые служат для прикрепления клеток одна к другой. Потому родственные и необходимые друг другу клетки удерживаются адгезивными молекулами.
- Хитроумненько, однако.
- Так устроен Мир.

Обмен веществ в Мембране

- Как ты знаешь, все течет в этом мире, все изменяется. Точно так же и в Мембране происходит непрерывный процесс обновления компонентов.
- Колобки танцуют?
- Да, и танцуют с рюкзачками-белками за спиной. И каждые два — три — пять дней меняются рюкзачки. Время жизни мембранных белков — от 2 до 5 дней.
- А как происходит процесс замещения?
- В клетке есть механизмы, обеспечивающие доставку синтезированных внутри клетки молекул к мембранным рецепторам, которые содействуют встраиванию белка в мембрану.
- Замену рюкзачка у танцующего колобка? — А сами колобки обновляются?
- Как же иначе? — Липиды также очень быстро обновляются, что требует для синтеза этих компонентов мембраны большого количества жирных кислот.
- Жирные кислоты поступают из употребляемой нами пищи?
- Верно. На специфику липидного состава мембраны влияют изменения среды обитания человека, в особенности его питание. Если много в пище жирных кислот с ненасыщенными связями — улучшается жидкое состояние липидов мембран различных тканей, что положительно для жизни клеток. Избыток же холестерина в мембранах увеличивает микровязкость их бислоя, понижая скорость диффузии некоторых веществ через мембраны клеток.
- Значит, должен быть механизм регулирования этого процесса?
- Такой механизм есть. Прежде всего важно наличие в пище витаминов А, Е, С, Р. Например, наличие в пище вышеуказанных витаминов улучшает обмен липидов в мембранах эритроцитов, за счет чего уменьшается микровязкость мембран и повышается их деформируемость. А это в свою очередь облегчает выполнение ими транспортной функции.
- Протискиваться в щели сосудов и проникать в межклеточное пространство?
- Именно так. А вот дефицит жирных кислот и холестерина в пище нарушает липидный состав и функции мембран… Что в свою очередь ведет к возникновению различных других проблем. Потому нужен механизм регуляции… Он — непростой!
- Слушаю и постараюсь понять.
- Слушай и думай… В регулировании липидного состава мембран и их проницаемости важную роль играют активные формы кислорода, в частности главные из них — супероксидный радикал О2 и перекись водорода Н2О2. Это чрезвычайно реакционноспособные вещества!
- Супероксид — и звучит круто!
- И эти чрезвычайно реакционноспособные вещества вступают во взаимодействие с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав фосфолипидов мембран. Если этот процесс усиливается более чем необходимо, что называется интенсификацией обмена — происходит повреждение мембраны клетки. А это ведет к последующим непредсказуемым мутациям!
- Как же клетка борется с такой опасностью?
- Эта интенсификация перекисного окисления липидов регулируется антиоксидазной системой клеток, представленной ферментами, инактивирующими активные формы кислорода. В частности — токоферолом, знакомым нам витамином Е.
- Задача ферментов — регулировать интенсивность окисления липидов?
- Создается цитопротекторный эффект… Следует знать, что выраженный защитный эффект на мембраны клетки при различных повреждающих воздействиях оказывают простагландины Е, погашая активацию свободнорадикального окисления. Чем и стабилизируют бислой фосфолипидов клеточных мембран…
- Все так просто и так сложно одновременно… Закручено — заверчено…
- Так устроен мир… Так устроены и мы, человеки…
- Простагландины — сложное, трудно выговариваемое словцо.
- А запомни его так: Проста — Гланды… Проста гландины.
- Как и гланды, стоят на защите от внешних опасностей?
- Верно, Простагландины защищают:
а) слизистую желудка и гепатоциты от химических повреждений;
б) нейроны, клетки нейроглии, кардиомиоциты от гипоксических повреждений;
в) скелетные мышцы — при тяжелой физической нагрузке.
- А более подробно?
- Более подробно будет тогда, когда будем говорить о Тканях.
- Короче, нужен нам в пищу качественный белок, жирные кислоты и витамины. Так я должен понимать все вышеизложенное?
- Для здоровья Клетки — да.
Функции рецепторов Мембран

- Контрольные пункты на Воротах?
- Да, механические и химические сигналы воспринимаются рецепторами Клетки, потому их можно назвать контрольными пунктами на Вратах во внутренний Дворик. Расположены они на внешней стороне Мембраны. А на внутренней стороне Мембраны располагаются «вторичные посредники», которые обеспечивают быстрое распространение сигнала в Клетке.
- Куда идут сигналы?
- Куда следует… Одни — к геному Клетки, другие — к энзимам, третьи — к сократительным элементам… Это все мы будем рассматривать позже, пока тебе достаточно понять общую схему: Рецептор на внешней стороне Мембраны активирует «вторичных посредников» на внутренней стороне Мембраны, а те в свою очередь быстро передают сигнал куда следует…
- Так просто? — А кто такие «вторичные посредники»?
- Обычно — ферменты, а также ионы Кальция, участвующие практически во всех регуляторных процессах в клетке.
- Какие именно ферменты?
- Пока не спеши, далее будем рассматривать Цитоплазму — там понятнее станет тебе и о конкретных регуляторных механизмах. Пока же еще раз повторяю тебе схему: Рецептор на внешней стороне Мембраны активирует «вторичных посредников» на внутренней стороне Мембраны, а те в свою очередь быстро передают сигнал куда необходимо…

Смотреть эту главу в YouTube

Слушать всю аудиокнигу и видеть полный материал в Дистанционной школе, (Клуб Физиотерапия Будущего), куда можно записаться, написав письмо мне, Сергею Гриневичу, по адресу didgrin@gmail.com