Функции клеточных мембран

Функции клеточных  мембран

Барьерная функция

Для клеток и субклеточных частиц мембраны служат механическим барьером, отделяющим их от внешнего пространства. Функционирование клетки часто сопряжено  с наличием значительных механических градиентов на ее поверхности преимущественно вследствие осмотического и гидростатического давления. Основную нагрузку в этом случае несет клеточная стенка, главными структурными элементами которой у высших растений являются целлюлоза, пектин и экстепин, а у бактерий — муреин (сложный полисахарид-пептид). В клетках животных необходимость в жесткой оболочке отсутствует. Некоторую жесткость этим клеткам придают особые белковые структуры цитоплазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембраны.

Энергетическая функция

Процессы трансформации и запасания  энергии протекают в специализированных мембранах и занимают центральное  место в энергетическом обеспечении  живых систем. Два основных процесса энергообразования — фотосинтез и тканевое дыхание — локализованы в мембранах внутриклеточных органелл высших организмов, а у бактерий — в клеточной (плазматической) мембране. Фотосинтезирующие мембраны преобразуют энергию света в энергию химических соединений, запасая ее в форме сахаров — основного химического источника энергии для гетеротрофных организмов. При дыхании энергия органических субстратов освобождается в процессе переноса электронов по цепи окислительно-восстановительных переносчиков и утилизируется в процессе фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатом с образованием АТФ. Мембраны, осуществляющие фосфорилирование, сопряженное с дыханием, называют сопрягающими (внутренние мембраны митохондрий, клеточные мембраны некоторых аэробных бактерий, мембраны хроматофоров фотосинтезирующих бактерий).

Каталитическая  функция

На поверхности мембран располагаются многочисленные ферменты, катализирующие биохимические реакции.

Функция генерирования  биоэлектрических потенциалов

Биоэлектрические потенциалы (биотоки) — электрические явления, наблюдаемые  в живых клетках в покое  и при физиологической деятельности. 
Возникновение в живых клетках электрических потенциалов и обусловленных ими биотоков связано с физико-химическими свойствами клеточных мембран и компонентов цитоплазмы. Между наружной поверхностью клеточной мембраны и внутренним содержимым клетки всегда существует разность потенциалов, которая создается в силу различной концентрации ионов К+, Na+, Cl- внутри и вне клетки и различной для них проницаемости клеточной мембраны. Эта разность потенциалов называется «током покоя», или мембранным потенциалом. 
При возбуждении живой клетки происходят изменения исходного мембранного потенциала за счет изменения проницаемости мембраны и перемещения ионов. В клетках возбудимых тканей (мышечной, нервной) эти процессы могут происходить в очень короткие интервалы времени (миллисекунды) и называются «током действия».

Рецепторная функция 

Передачу  информации от клетки к клетке осуществляют сигнальные молекулы (первичные посредники), которые вырабатываются в одних клетках и специфически влияют на другие, чувствительные к сигналу (клетки-мишени). Сигнальная молекула связывается с находящимися на клетках-мишенях рецепторами, реагирующими только на определенные сигналы. Сигнальные молекулы -лиганды- подходят к своему рецептору как ключ к замку. Лигандами для мембранных рецепторов являются гидрофильные молекулы, пептидные гормоны, антитела. В качестве рецепторов на поверхности клетки могут выступать белки мембраны или полисахариды и гликопротеиды. Мембранные белки (переносчики и каналы) узнают, взаимодействуют и переносят лишь определенные вещества. Клеточные рецепторы участвуют в передаче сигналов с поверхности клетки внутрь ее. Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхности клеток ведет к созданию очень сложной системы маркеров, позволяющих отличать свои клетки от чужих. Клетки, не воспринимающие маркеры, а также отличающиеся набором детерминантных маркеров уничтожаются или отторгаются. При образовании комплекса рецептор-лиганд активируются трансмембранные белки: белок преобразователь, белок усилитель. В результате рецептор изменяет свою конформацию и взаимодействует с находящимся в клетке предшественником вторичного посредника - мессенджером. Мессенджерами могут быть ионизированный кальций, фосфолипаза. Увеличение или уменьшение концентрации мессенджера влияет на активность одной или нескольких зависимых от него протеинкиназ, таких, как цАМФ-зависимая протеинкиназа (протеинкиназа А), цГМФ-зависимая протеинкиназа (ПКG). Изменение концентрации вторичного мессенджера может активировать тот или иной ионный канал. Уровень фосфорилирования фермента или ионного канала изменяется, что влияет на активность ионного канала, обуславливая конечный ответ клетки.

Многие регуляторные молекулы влияют на клеточные процессы через пути сигнальной трансдукции с участием гетеротримерных ГТФ-связывающих белков (гетеротримерных G-белков) или мономерных ГТФ-связывающих белков (мономерных G-белков).

Транспортная функция

Транспорт через мембрану обеспечивает доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального ph и концентрации ионов, необходимых для работы клеточных ферментов.