Biològinė membrãna - gyvūnų ir augalų ląstelę, organeles gaubiantis darinys, atskiriantis ląstelės ir organelių vidinį turinį nuo aplinkos bei selektyviai praleidžiantis medžiagas. Jų paviršiuje išsidėstę receptoriai, o storis siekia 6-10 nm.

Biologinių Membranų Sandara

Pagrindą sudaro lipidų dvisluoksnis, prie kurio prisijungę baltymai ir angliavandeniai. Pagrindiniai lipidai - fosfolipidai, glikolipidai, cholesterolis arba jo esteriai. Baltymų ir lipidų kiekis priklauso nuo biologinės membranos funkcijos.

Fosfolipidų ir glikolipidų molekulės vandenyje suformuoja dvisluoksnį, kuriame hidrofilinės (polinės) molekulių galvutės nukreiptos į biologinės membranos išorę, o hidrofobinės (nepolinės) riebalų rūgščių angliavandenilinės grandinės - į vidų (sudaro hidrofobinį biologinės membranos pagrindą). Biologinės membranos sudėtyje yra trijų rūšių baltymai: paviršiniai, integraliniai ir inkariniai (prijungti prie membranos per vadinamąjį lipidinį inkarą).

• Paviršiniai baltymai, prisijungę silpnais nekovalentiniais ryšiais, lengvai pašalinami nuo membranos.
• Integraliniai baltymai glūdi giliai membranoje tarp fosfolipidų sluoksnių arba juos perskrodžia skersai.
• Inkarinių baltymų inkaras būna riebalų rūgštis, farnezilo, geranilgeranilo liekanos, glikozilfosfatidilinozitolis.

Polipeptidinės grandinės dalis, esanti membranoje, yra α spiralės arba β struktūros.

Skystamozaikės Modelis

1972 m. sukurtas skystamozaikės biologinės membranos sandaros modelis teigia, kad lipidų ir baltymų molekulės juda membranos paviršiumi (lateralinis judėjimas), o membrana yra skystųjų kristalų būvio. Lipidai ir baltymai išsidėsto asimetriškai.

Membranų Laidus

Hidrofobinis membranos sluoksnis yra laidus lipiduose tirpstančioms medžiagoms, vandeniui ir dujoms. Lipidai geba pereiti iš vieno membranos dvisluoksnio į kitą. Hidrofilinių medžiagų pernašai būtini baltymai, kurie gali sudaryti kanalus ar būti nešikliai.

Membranų Baltymai: Sandara ir Funkcijos

Baltymai yra visų gyvųjų ląstelių struktūros pagrindinis organinis junginys ir nepaprastai svarbūs funkcijos atžvilgiu, nes pasižymi katalitinėmis savybėmis ir sudaro atskirą fermentų grupę. Tai - polimerinės molėkulės, o jų monomerai - aminorūgštys, kurios, kaip amfoteriniai elektrolitai, turi turi karboksilo ir amino- grupes.

Pagal išsidėstymą bei funkciją, membraniniai baltymai skisrtomi į dvi grupes: integralinius bei periferinius. Periferiniai baltymai yra adsorbuoti membranų lipidinių sluoksnių paviršiuje ir sujungti su jais tik elektrostatinių jėgų.

Integralinių Baltymų Funkcijos

Membraniniai baltymai atlieka visą eilę funkcijų: katalitinę, transportinę, mechaninę - cheminę, receptorinę ir informacijos perdavimo, struktūrinę.

Membranų baltymai įsiterpę į dvisluoksnę lipidų membraną (kanalai). Integralinių baltymų polipeptidinė grandinė vieną ar kelis kartus perveria membraną ir yra tvirtai su ja susijungusi.

Membranos atlieka daug gyvybiškai svarbių funkcijų:

• Erdvėskyra.
• Membranos sudaro atrankiai laidžią užtvarą (barjerą).
• Savitosios plazminės ir ląstelės vidaus membranų medžiagų pernašos sistemos valdo vidiniuoseerdvės skyriuose esančių medžiagų mainus su aplinka.
• Plazminė ląstlės membrana lemia ląstelės atsaką į įšorinius dirgiklius.
• Daugialąsčių organizmų ląstelės sąveikauja vienos su kitomis plazminės membranos paviršiais.

Medžiagų Pernaša Pro Membranas

Viena pagrindinių biomembranų funkcijų yra sudaryti medžiagų laidumo barjerus, ribojančius jų difuziją, kad tam tikros medžiagos negalėtų iš ląstelės išeiti, o kitos - į ją patekti iš aplinkos. Iš aplinkos į ląstelę ir jos organoidus patenka specifiniai substratai: vanduo, druskos, neorganinių medžiagų jonai, aminorūgštys, cukrūs, baltymai bei kiti įvairūs mažos bei didelės molėkulinės masės junginiai.

Membranos vienu metu atlieka dvi, tarsi viena kitai prieštaraujančias funkcijas: apsauginę, t.y. neleidžia patekti į ląstelės vidų svetimoms, kenksmingoms mediagoms (taip pat virusams, toksinams) ir transportinę, kuri užtikrina reikalingų medžiagų patekimą į ląstelę bei metabolizmo produktų išnešimą iš jos.

Medžiagų Pernašos Būdai

Galima išskirti keletą biologinės medžiagų pernašos atmainų:

• Ląstelė keičiasi medžiagomis su ją supančia aplinka (būtinų junginių ir jonų patekimas ir nereikalingų medžiagų šalinimas).
• Medžiagų pernaša ląstelės viduje (būdingas eukariotams medžiagų judėjimas pro organėlių membranas ir perląstelinė pernaša).

Pasyvioji Pernaša

Atsižvelgiant į pernašos pobūdį, galima skirti du pagrindinius medžiagų judėjimo būdus pro membranas: pasyvioji medžiagų pernaša ir aktyvioji medžiagų pernaša. Pasyvaus pernešimo būdu į gyvąsias ląsteles patenka, palyginti, nedaug ir mažos molėkulinės masės medžiagų (vanduo, deguonis, anglies dvideginis ir kt.). Šis procesas vyksta lėtai, specifika nepasižymi. Jis priklauso nuo molėkulių dydžio, jų elektrinio krūvio, medžiagų koncentracijos, jų pasiskirstymo ir kt. veiksnių. Dėl šių savybių pasyvioji pernaša per membranas yra sunkiai kontroliuojama.

Pasyvioji medžiagų bei jonų pernaša per membranas vyksta elektrocheminio potencialo mažėjimo kryptimi. Paprasčiausias pasyvus medžiagų transportas per membranas būdas - difuzija. Ji gali būti: paprasta, palengvinta ir mainų. Kiekviena jų priklauso nuo nešiklio bei medžiagos pernašos per membranas būdo, paskirties.

Svarbiausia jų funkcija - užtikrinti transportuojamųjų medžiagų, jonų judėjimą per membranos fosfolipidinį dvisluoksnį į ląstelės, organoidų vidų ar įšorę. Pernešikliai - tai didelės molėkulinės masės baltymai, kurie būna išsidėstę membranos lipidiniame sluoksnyje ir savo aktyviais centrais griežtai orientuoti į transportuojamos medžiagos centrus.

Aktyvioji Pernaša

Aktyvioji - tai medžiagų ir jonų pernešimas prieš elektrocheminį potencialą. Šio proceso eigai reikalinga energija, kuri gaunama iš ATP. Aktyvaus pernešimo metu ištirpusios, disocijavusios medžiagų molėkulės dažniausiai pernešamos prieš elektrocheminį potencialą arba koncentracijos gradientą. Tai atlieka aktyviosios pernašos sistemos.

Medžiagų, jonų pernešimui iš mažesnės jų koncentracijos zonos į didesnės koncentracijos zoną, reikalinga energija. Dažniausiai ji susidaro ATP hidrolizės metu. Aktyvaus medžiagų pernešimo per membranas procese svarbų vaidmenį atlieka jonų pernašos sistemos, kurioms priskiriami joniniai siurbliai. Svarbiausia šių siurblių paskirtis - kaupti jonus ir pernešti juos per membraną kryptimi, dažniausiai priešinga jų elektrocheminiam gradientui. Antroji funkcija - ATP hidrolizė.

Citozė

Taip pat yra ir trečias, tačiau retas medžiagų pernešimo per memvranas būdas - citozė. Ji vyksta keičiantis membranų struktūrai ir skirstoma į: fagocitozę, pinocitozę, endocitozę ir egzocitozę. Citozė reguliuoja didelės molėkulinės masės cheminių junginių ir netgi bakterijų, virusų įsiurbima į ląstelės vidų, arba išnešimą iš jų į įšorę (dažniausiai tai būna fermentai arba baltymai).

Membranų Tipai Pagal Išsidėstymą

Membranos ląstelėje dažniausiai sudaro savarankiškas struktūras. Jos vienu ar dviem sluoksniais gaubia daugelio organoidų turinį, įsiterpia į, pvz., branduolio apvalkalėlio struktūras ir net plazmodezmų pagalba gali sujungti vienos ląstelės turinį su kitos ląstelės citoplazma. Todėl, pagal jų išsidėstymo vietą ląstelėje, atliekamas funkcija, membranos skirstomos į kelis tipus: išorines, paviršines, viduląstelines.

Organoidų Membranų Struktūra ir Funkcijos

Branduolio Membranos

Branduolį gaubia apvalkalėlis, kuris sudarytas iš dviejų membranų, tarp kurių yra perinuklearinė ertmė. Apvalkalėlis jungiasi su endoplazminiu tinklu. Branduolio išorinė membrana su endoplazminio tinklo membrana sudaro vientisą sistemą. Prie vidinės branduolio apvalkalėlio membranos yra prisijungęs baltiminių fibrilių sluoksnis, vadinamas fibriline plokštele ir palaikantis branduolio formą. Abi branduolio membranos tarpusavyje jungiasi branduolio poromis.

Branduolys atlieka kelias funkcijas: a) saugo genetinę informaciją; b) perduoda šią informaciją iš ląstelės į ląstelę; c) perduoda informaciją citoplazmai iRNR pavidalu.

Mitochondrijų Membranos

Mitochondrijų sienelė sudaryta iš dviejų membranų. Mitochondrijų vidus užpildytas matriksu, kuriame yra sukauptos ribosomos. Vidinė membrana sudaro daug įlinkių, vadinamų kristomis. Šie membraniniai įlinkimai padidina jos paviršiaus plotą. Išorinėje membranoje yra daug cholesterino, fosfolipidų. Ji pralaidi neorganiniams jonams ir palyginti stambioms molekulėms, kaip amino rūgštims, ATP, sacharozei, tarpiniams kvėpavimo produktams.

Vidinėje membranoje, kurioje daug kristų, yra 25 % lipidų ir 75% baltymų, bet čia yra mažai cholesterino, o iš fosfolipidų yra daug lecitino ir kt. Vidinė membrana mažiau pralaidi, ir pro ją gali difunduoti tik nedidelės molekulės. Todėl joje yra transportinių baltymų, kurie perneša tokias medžiagas, kaip gliukozė, tarpiniai kvėpavimo produktai, amino rūgštys ir kt.

Funkcijos: Oksidacija (ATP gamyba), amino rūgščių ir steroidinių hormonų biosintezė, palaiko bendrą kalcio koncentraciją citoplazmoje.

Chloroplastų Membranos

Chloroplastas - augalinės ląstelės žalią pigmentą chlorofilą turinti plastidė. Apvalkalėlis sudarytas iš dviejų membranų, kurios gaubia bespalvę stromą. Stromoje išsidėsčiusios fotosintetinės membranos - tilakoidai, kurie kaip monetos sudėtos viena ant kitos sudarydamnos granas su chrolofilu. Viename chloroplaste gali būti šimtai granų.

Veikianti šviesinės fotosintezės stadijos sistema sukuria didelį H+ gradientą skersai tilakoidų membranų. Šį gradientą tilakoido membranoje esanti H+-ATFazė naudoja makroenerginiam junginiui ATF pagaminti. ATF reikalingas stromoje vykstančiai tamsinei fotosintezės stadijai. Tilakoidų membranose yra apie 50 proc. baltymų, o taip pat lipidų (daugiau yra fosfolipidų).

Svarbiausia funkcija - fotosintezė. Tilakoidų membranose vyksta fotosintezės šviesos stadijos reakcijos, o stromoje - tamsos stadijos reakcijos ir krakmolo grūdelių gamyba.

Endoplazminio Tinklo Membranos

Endoplazminis tinklas - ląstelės vienmembranis organoidas, sudarytas iš membraniniai kanalai, cisternos ir pūslelės. Jie jungiasi, šakojasi ir sudaro sudėtingas struktūras. Yra šiurkštusis ir lygusis endoplazminis tinklas. Šiurkštusis arba grūdėtasis endoplazminis tinklas yra aplipęs ribosomomis.

Glikoproteinai

Glikoprotenai - sudėtiniai baltymai, turintys kovalentiniu ryšiu prisijungusių oligosacharidų fragmentų. Glikoproteinai yra augaluose, gyvūnuose, nėra bakterijose (išskyrus Halobacterium). Glikoproteinų baltyminė dalis sintetinama šiurkščiajame endoplazminiame tinkle, vėliau baltymas modifikuojamas - prie jo N‑glikozidiniu ryšiu ar O‑glikozidiniu ryšiu prijungiamas heterooligosacharidas. Ląstelėje susidarę glikoproteinai yra organoidų, membranų sudėtinė dalis arba jie sekretuojami į organizmo skysčius.

Membranų glikoproteinai - integraliniai baltymai - jonų siurbliai, kanalai, permeazės ir kiti; glikoproteinai su gangliozidais sudaro receptorius. Glikoproteinams priklauso keli tūkstančiai baltymų, kurie skiriasi heterooligosacharido dydžiu ir kiekiu.

---