Мембранные системы клетки. Понятие о биоэлектрическом потенциале. Биоэлектрические потенциалы и токи в клетке. Межклеточные связи. Значение дыхания в жизни растений

№1 (9). Мембранные системы клетки. Понятие о биоэлектрическом потенциале

Каждая живая клетка окружена мембраной, которая обеспечивает внутри клетки необходимый «микроклимат», играет активную роль в поддержании ее жизнедеятельности, контролирует потоки веществ и ионов в клетку и из нее. Клеточная мембрана – сложная высокоорганизованная двумерная система, состоящая главным образом из липидов и белков.
Мембраны - важнейшая составная часть и клеточных компонентов - ядра, митохондрий, хлоропластов, лизосом и т. п. Клетка (животная) весьма насыщена мембранными структурами, образующими, в сущности, разветвленную, четко организованную сеть. Отсюда понятна ключевая роль клеточных мембран в процессах биологической регуляции.
Клеточные мембраны – это надмолекулярные структуры, окружающие каждую клетку, а также принимающие участие в формировании и функционировании ряда органелл клетки. К ключевым функциям мембран относят:
 отграничивание клетки от окружающей среды и формирование внутриклеточных компартментов (барьерная и формообразующая);
 контроль и регулирование транспорта питательных веществ через мембрану (транспортная, матричная – обеспечение определенного взаиморасположения и ориентации мембранных белков);
 обеспечение межклеточных взаимодействий, передача внутрь клетки сигналов (механическая, рецепторная, проведение биопотенциалов);
 преобразование энергии пищевых органических веществ в энергию химических связей молекул АТФ (энергетическая) [3].
К клеточным мембранам относятся плазмолемма (цитоплазматическая мембрана), кариолемма (ядерная мембрана), мембраны митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом, вакуоли (тонопласт), пластид. Все клеточные мембраны построены из молекул липидов и белков, удерживаемых за счет нековалентных взаимодействий, и образуют непрерывный двойной слой толщиной не более 10 нм.
В целом все биомембраны имеют близкую структуру, но при этом различаются по химическому составу липидов в бислое и по типу встроенных белков. Хотя соотношение белков и липидов в различных мембранах варьирует, часто плазматические мембраны содержат 40% липидов, 50% белков и 5-10% углеводов. При этом существуют биомембраны, чья внутренняя мембрана содержит большее количество белков, например, внутренняя мембрана митохондрий на 80% состоит из белков. И, наоборот, в миелиновых оболочках нервов преобладают липиды – до 80% [3].
Липидный бислой – основной компонент, формирующий структуру мембраны, который представлен полярными липидами (фосфолипидами), стеринами и гликолипидами. Мембранные фосфолипиды амфифильны и содержат гидрофобные части (алифатические радикалы жирных кислот), которые направлены вовнутрь мембран, и гидрофильные (полярные «головки»), располагающиеся на поверхности мембраны.
Белковые молекулы как бы «растворены» в липидном бислое мембран. Мембранные белки могут пронизывать бислой в виде одиночной -спирали или пересекать его несколько раз. Отдельные мембранные белки состоят из двух частей – участков, богатых полярными и неполярными (глицин, аланин, валин, лейцин) аминокислотами. При этом неполярные концы белков погружены в гидрофобные участки липидных мембран, а полярные (гидрофильные) взаимодействуют с головами липидов и обращены в сторону водной фазы. Белки, которые пронизывают мембрану, называют интегральными белками мембран, частично встроенные в мембрану белки называют полуинтегральными, не встроенные в липидный слой – примембранными (периферийными).
Избирательная проницаемость мембран связана с белками, а основная функция мембранных белков – транспорт строго определенных молекул внутрь клетки или из нее. Помимо этого, белки выполняют каталитическую функцию, контролируя связанные с мембранами реакции, осуществляют структурную связь цитоскелета с внеклеточным матриксом и служат рецепторами для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. Поэтому по биологической роли белки мембран делят на белки-ферменты, белки-переносчики, рецепторные и структурные белки. Многие из примембранных белков связаны нековалентно с трансмембранными белками, но есть и такие, которые имеют ковалентную связь с молекулами липидов.
Биоэлектрические потенциалы – показатель биоэлектрической активности, определяемый разностью электрических потенциалов между двумя точками живой ткани.
Основные виды биоэлектрических потенциалов – потенциал покоя и потенциал действия. Потенциал покоя (мембранный потенциал) регистрируется между наружной и внутренней сторонами мембраны живой клетки при состоянии ее функционального покоя, а также между интактным и поврежденным участками живой ткани. В этом случае его обозначают как потенциал повреждения или демаркационный потенциал. Наличие мембранного потенциала обусловлено неравномерным распределением ионов (в первую очередь ионов натрия и калия) между внутренним содержимым клетки (цитоплазмой) и окружающей средой. Внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной.
Величина мембранного потенциала отличается у разных клеток: для нервной клетки она составляет 60-80 мв, для поперечнополосатых мышечных волокон – 80- 90 мв, для волокон сердечной мышцы – 90-95 мв. При неизменном функциональном состоянии клетки величина потенциала покоя не изменяется; поддержание постоянной его величины обеспечивается нормальным протеканием клеточного метаболизма. Под влиянием различных факторов (раздражителей) физ. или хим. при