Клеточная мембрана, её строение и функции

Нейроны способны выполнять свои функции, благодаря особым свойствам их наружной мембраны. Мембрана аксона специализирована на проведении нервного импульса, мембрана аксонных окончаний способна выделять медиатор, мембрана дендрита реагирует на медиатор, мембрана обеспечивает узнавание других клеток в процессе эмбриогенеза. В связи с этим, вопрос о строении клеточной мембраны очень важен.
Мембрана нейрона, как и мембрана любой клетки, имеет толщину около 5 нм, состоит из двух слоев липидных (жироподобных) молекул. Липидная часть мембраны одинакова у всех клеток. С общим строением липидов можно познакомиться на примере жиров (триглицеролов). Молекула жира состоит из трехатомного спирта - глицерола, три гидроксильные группы которого соединены эфирными связями с радикалами (R) - длинноцепочечными остатками жирных кислот. Молекулы триглицеролов неполярны:
Мембранные липиды, в отличие от триглицеролов, поляризованы. Например, молекулы фосфолипидов, входящих в состав мембран, содержат 2 остатка жирных кислот. Третья гидроксильная группа (-ОН) глицерола, через остаток фосфорной кислоты соединена с молекулой спирта (этаноламин, холин, инозитол) или аминокислоты (серин). Остаток фосфорной кислоты в нейтральной среде имеет отрицательный заряд, что и обусловливает поляризацию глицероловой части молекул фосфолипидов. Таким образом, молекулы мембранных липидов имеют полярные, и потому гидрофильные (гидрофильный - водорастворимый) “головы” и неполярные гидрофобные (гидрофобный - водоотталкивающий) “хвосты”. Соответственно этим свойствам молекулы липидов и располагаются по отношению к внешней и внутренней водной среде клеток, образуя два слоя.
Специфичность каждой клеточной мембраны, обусловлена белковыми молекулами, встроенными в липидный слой. Мембранные липиды представлены жидкой фазой, и белки способны легко перемещаться с места на место, менять свою конфигурацию. Таким образом, мембрана клетки представлена двумя слоями липидов и молекулами белков, встроенных в них.
Мембранные белки распадаются на пять классов: насосы, каналы, рецепторы, ферменты и структурные белки (их функции определяются названиями), т.е. в мембране нет пор, каналов как таковых, а есть белки, которые эти функции выполняют. Мембранные белки - это ключ к пониманию функций нейрона, а, следовательно, и функций мозга. Белковые молекулы - природные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Аминокислот в природе всего 20, из них 10 заменимых, т.е. синтезируемых в организме и 10 незаменимых, которые в организме не синтезируются и потому должны поступать с пищей. Белки могут достигать гигантских размеров и состоять из 15000 аминокислотных остатков, поэтому в клетке находятся в скрученном состоянии, образуя спирали и шары (глобулы).
Каждая аминокислота имеет две группы: карбоксильную -СООН и аминогруппу -NН2. Соединение аминокислот в белковую цепочку происходит через эти группы с выделением воды и образованием пептидной связи С-N, поэтому другое название белков - пептиды.
В организме белки - это и строительный материал, и ферменты - биологические катализаторы, и гормоны, и средства защиты - антитела, обеспечивающие механизм сопротивления болезням - иммунитет, и источники энергии.
Важнейшее свойство плазматической мембраны (плазмалеммы) состоит в ее способности пропускать в клетку или из нее различные вещества. Благодаря такой избирательной проницаемости, клетка поддерживает постоянство своей внутренней среды - гомеостаз. Транспорт веществ через мембрану может проходит путем диффузии (по законам физики) - вода, газы, мелкие молекулы, и путем активного транспорта, против градиента концентраций, с затратой энергии АТФ (АТФ - аденозинтрифосфорная кислота - особая молекула, способная запасать для нужд клетки энергию в своих химических связях) - ионы Na+ (натрия), К+ (калия), Са2+ (кальция), белки и другие молекулы.
В состоянии покоя нейрон способен поддерживать постоянство своей внутренней среды, отличающейся от состава окружающей его жидкости. Особенно велика разница в концентрациях ионов Nа+ и К+. Наружная среда приблизительно в 10 раз богаче натрием, чем внутренняя, а внутренняя среда в 20-100 раз богаче калием, чем наружная. Такое соотношение обеспечивается особым мембранным белком - натриевым насосом, работающим с затратой энергии АТФ (подробно эти функции будут рассмотрены в последующих главах).
Следует подчеркнуть, что клетки не являются статическими, неподвижными образованиями, клеточная мембрана - живая динамичная структура и вместе с органеллами клетки находится в постоянном движении и постоянной перестройке, именно поэтому они способны функционировать.