ЦЕНТР ЭКСПЕРТНОГО УЗИ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ 8 (812) 62-812-99
Клеточная мембрана

Увидеть клеточную мембрану долго не удавалось. Многие специалисты сомневались: существует ли она вообще? Оказывается, существует.

Воочию убедиться в этом позволил электронный микроскоп. На электронномикроскопических фотографиях отчетливо видна поверхностная мембрана клетки, так называемая плазмалемма: две темные полосы, а между ними светлая.

Трудно сказать, кому первому пришло в голову сравнить мембрану с бутербродом, но только сравнение это стало «дежурным».

Из чего же состоит этот ультратонкий — толщина его 75—80 ангстрем (ангстрем — стомиллионная доля сантиметра) — бутерброд? Чтобы выяснить химический состав мембраны, ее надо сначала выделить, причем выделить в чистом виде, без примесей других клеточных частиц. Преодолевая немалые трудности, исследователи сумели получить достаточно чистые препараты биологических мембран, а затем установить, из каких компонентов они построены. Оказалось, что в состав мембран входят молекулы белков и молекулы жиров, и липидов, несущих в себе остатки фосфорной кислоты. Поэтому эти молекулы, получили название фосфолипидов.

Дальнейшие исследования показали, что наборы белков внешнего слоя мембраны, обращенного в окружающую клетку среду, и внутреннего слоя различны.

Несмотря на то, что специалисты уже который год пристально изучают молекулярную организацию биологических мембран, и поток публикаций на эту тему в научных изданиях не иссякает, некоторые архитектурные детали, тонкости строения все еще не открыты. Да и может ли быть иначе? Ведь не существует некой единой клетки — все разные: мышечные отличаются от нервных, печеночные от костных… И у мембран различных клеток существуют структурные особенности. Но есть в их архитектуре и кое-что общее.

В любой мембране липиды образуют слой довольно жидкой консистенции. И одни белковые молекулы оседают на поверхности этого слоя, а другие проходят через него насквозь, каждая молекула фосфолипида имеет водорастворимую фосфатную головку и водонерастворимый жирно кислотный хвост. В мембране фосфолипиды располагаются в два ряда, при этом хвостами они обращены друг к другу, а головками наружу. Получается нечто, напоминающее забор, стену.

Клеточная мембрана — это и есть своего рода стена, отделяющая внутриклеточное содержимое от внешнего окружения. Причем для молекул одних веществ эта стена глухая, а для других — легко преодолимая. Почти беспрепятственно проходит сквозь мембрану вода с растворенными в ней газами; легко проникают внутрь клетки вещества, растворимые в жирах.

А вот для соединений, растворимых только в воде, процесс прохождения через мембрану осложнен. Тем не менее, и они попадают в клетку. Оказывается, в мембране имеются особые каналы. Каждый может пропустить только одну молекулу или ион (положительно или отрицательно заряженную частицу), поэтому между ними происходит борьба за канал. Успех зависит от многих причин.

Прежде всего от разности концентрации молекул различных веществ по обе стороны мембраны; чем меньше данного вещества в клетке, тем легче ему будет туда проникнуть, причем чем больше молекул того или иного вещества претендует на проникновение внутрь, тем больше вероятность, что им это удастся.

Немаловажное значение имеет величина и молекулярный вес претендентов, ведь канал, как правило, очень узок. И, наконец, транспорт ионов зависит не только от разности концентраций веществ, но и от разности потенциалов по обе стороны мембраны. При этом транспорт вещества в клетку и обратно прекращается после достижения определенной разности потенциалов на мембране.

Мембраны различных клеток пропускают далеко не все вещества, а лишь определенные. Если взять, например, молекулы виноградного сахара и молочного сахара, которые отличаются друг от друга лишь конфигурацией, то мембрана, в частности, кишечной палочки безошибочно их различит.

Первую она пропустит, а вторую нет. Подобная избирательность связана с функцией мембранных транспортных белков, каждый из которых специализируется на переносе определенных молекул. Молекула того или иного вещества должна подходить транспортному белку, как ключ к замку.

Специалисты заметили, что клеточные мембраны могут не только пассивно пропускать или не пропускать различные вещества, но способны перекачивать их из более разбавленных растворов в более концентрированные.

Так перекачиваются ионы натрия и калия: в мембрану встроен своеобразный биологический насос, который активно выкачивает из клетки, где их и так мало, ионы натрия и загоняет внутрь ионы калия, которых в клетке должно быть много.

Существует и еще один способ попасть в клетку. Мельчайшие частицы вещества, растворенные в воде, оседают на поверхности мембраны, и она прогибается внутрь, образуя маленькую «колбочку». Затем в самом узком месте мембрана смыкается, появляется микроскопический пузырек — везикула. Отделившись от клеточной оболочки, везикула проходит вглубь цитоплазмы, доставляя клетке необходимые питательные вещества. Этот вид транспорта называется микропиноцитозом (от греческих слов «микро» — малый и «пинос» — пить).

Конечно, все эти процессы представлены здесь достаточно схематично и упрощенно. Все гораздо сложнее. И проблема проницаемости мембран — одна из самых интересных, но и самых сложных для изучения. Здесь много спорного. Специалисты спорят о том, с помощью каких структур мембрана осуществляет активный транспорт веществ, что собой представляют каналы, от чего зависит их способность открываться и закрываться, каков механизм управления мембранными «воротами»… И в этих спорах рождается истина.

Помимо огромного познавательного значения, решение этой проблемы имеет исключительную важность для современной медицины, в частности фармакологии: открываются новые возможности целенаправленного синтеза лекарственных препаратов.

Фармакологов всегда занимал вопрос: как сделать лекарство более эффективным, как придать препарату такие свойства, чтобы он успешно поразил «мишень»? Не так давно в этом направлении сделан еще один прорыв.

Ученые изобрели молекулярного троянского коня — липосомы. Это искусственное образование — нечто вроде крошечного контейнера, образованного двумя слоями липидных молекул, замкнутых в виде концентрических окружностей. Липосомы способны беспрепятственно проникать в клетку, поскольку они сродни липидам мембраны.

Остается только загрузить липосомный контейнер лекарственным препаратом и отправить его в организм. Подойдя к нужной клетке, липосома свободно в нее проходит и протаскивает груз, доставляя его точно по адресу.

На липосомы возлагаются большие надежды. Клиницисты знают, что далеко не каждая болезнь, вызванная микроорганизмами, достаточно хорошо поддается лекарственной терапии. Частично это объясняется тем, что лекарственные препараты, в частности антибиотики, не всегда достигают цели, то есть тех клеток, где засели микробы.

И здесь с успехом можно использовать липосомы. Весьма эффективными они могут оказаться и в борьбе со злокачественными новообразованиями. Заправив липосомы противоопухолевыми лекарственными препаратами и запустив их в раковые клетки, можно будет убить их или, по крайней мере, приостановить рост. Использование липосом откроет в будущем новые перспективы эффективного лечения многих заболеваний.

О мембранах можно говорить бесконечно. Ученые считают клеточную мембрану стратегически важной, надежной и вместе с тем уязвимой границей между внутренней и внешней средой клетки. Алкоголь, продукты сгорания табака, радиоактивное излучение, патогенные микроорганизмы — эти и многие другие факторы могут вызвать необратимое повреждение клеточной мембраны и, следовательно, нарушить в клетке жизненно важные процессы.

Наш рассказ был посвящен главным образом плазмалемме, ибо к настоящему времени об этой структуре накоплены наиболее полные сведения. Однако мембрана — основной элемент не только поверхностной, но и внутренней структуры клетки.

Клетка буквально нафарширована мембранами: они защищают хранилище генетической информации — ядро; из них построены энергетические станции клетки — митохондрии; они формируют эндоплазматическую сеть, которая пронизывает всю цитоплазму. Вряд ли можно назвать какой-либо биологический процесс, в котором прямо или косвенно не принимала бы участия мембрана. Проблема изучения строения и функции биологических мембран одна из ведущих.

ЗАДАЙТЕ ВОПРОС ВРАЧУ

Закрыть меню
Запись на УЗИ