Контрольная работа: Матричний синтез білка

· компартменти, обмежені однією мембраною;

· компартменти, обмежені двома мембранами.

До першої групи відносять ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, лізосоми, пероксисоми (мікротільця), вакуолі, піноцитозні пухирці та інші.

Другу групу утворюють органели з подвійними мембранами – ядро, мітохондрії і хлоропласти. Ці компартменти мають не лише подвійну мембрану, але і містять у собі спадкову інформацію у формі ДНК. Виділення ядра як компартменту, оточеного подвійною мембраною, скоріше традиційний підхід, ніж реальна особливість будови. Як буде детально розглянуто у подальшому, ядерні мембрани морфологічно пов’язані з ендоплазматичним ретикулум. Подвійні мембрани мітохондрій та хлоропластів морфологічно не пов’язані з іншими мембранними структурами еукаріотичних клітин. Відносно походження цих компартментів зараз поширеною є теорія про клітинний симбіоз. Вважається, що мітохондрії і хлоропласти – це примітивні прокаріотичні організми, які об’єдналися з древніми еукаріотами для спільного взаємовигідного існування.

хімічний склад мембран

Відповідно до загальноприйнятої рідиннокристалічної моделі, за хімічним складом всі мембрани містять три класи органічних сполук:

· мембранні ліпіди;

· мембранні білки;

· мембранні вуглеводи.

Клітинні мембрани складаються з амфіпатичних ліпідів. У складі однієї молекули таких ліпідів одна або дві жирні кислоти етерифікуються гліцеролом або сфінгозином. У першому випадку утворюються гліцероліпіди, у другому – сфінголіпіди. До третього атома Карбону приєднується фосфат (фосфоліпіди) або цукор (гліколіпіди). Фосфат, у свою чергу, може зв’язуватися з іншою полярною групою – холіном. Крім ліпідів, які містять жирні кислоти, до складу мембран може входити також простий ліпід – холістерол, який має складну гетероциклічну “голівку”, яка може нести заряд, і вуглеводневий “хвіст”.

- Всі клітинні мембрани мають принципово однакову основу, а саме мембрани – це ліпідні подвійні шари, або бішари.

Утворення бішарів – це природна властивість фосфоліпідів та гліколіпідів у водному середовищі. Це найвигідніший, з енергетичного погляду, стан амфіпатичних молекул у даному середовищі.

- Утворення ліпідної основи біомембран – це процес, який проходить шляхом самозбирання.

Ліпідні бішари замикаються самі на себе, утворюючи закриті відсіки (компартменти). Внаслідок такої самозамкненості закриваються вільні краї, на яких гідрофобні “хвости” могли б стикатися з водою. З тієї ж причини компартменти, побудовані з ліпідних бішарів, здатні самі лікувати свої пошкодження. Попробуйте розділити на дві половини мильну бульбашку – ви отримаєте дві нові бульбашки, а не дві половинки однієї бульбашки. З цього випливає одна з найважливіших властивостей біомембран:

- Мембрани здатні не лише до самозбирання, але і до самозбереження біліпідного шару.

Дослідження, проведені на штучних та природних біомембранах, показали, що ліпіди у межах одного моношару постійно рухаються в одній площині з великою швидкістю – течуть. Така динамічність має назву латеральної дифузії. Таким чином, ще однією важливою рисою біомембран є те, що:

- Ліпідний бішар – це двомірна рідина, здатна до латеральної дифузії.

Рухливість ліпідів у бішарі має велике, багато у чому ще не зовсім з’ясоване, біологічне значення. Вона значною мірою зв’язана з мембранним ліпідом холістеролом. Швидкість латеральної дифузії залежить від температури. При певній температурі латеральна дифузія припиняється. Мембрана переходить з рідкого у кристалічний стан.

Ліпідний склад шару, який стикується з цитоплазмою клітини, принципово відрізняється від складу зовнішнього моношару, в якому знаходиться основна частина гліколіпідів. Для зовнішнього шару деяких клітин характерна також наявність холіну. Фосфоліпіди в основному характерні для внутрішніх шарів.

- Важлива риса ліпідного бішару плазматичної мембрани полягає у тому, що він асиметричний, тобто зовнішній та внутрішній моношари різні за хімічним складом.

Така асиметрія може мати велике значення в орієнтації мембран. Вона закладається в момент синтезу відповідних ліпідів. Різний ліпідний склад характерний не тільки для внутрішнього і зовнішнього моношарів ліпідних бішарів, але і для різних мембран однієї і тієї ж клітини.

Крім ліпідів, мембрани містять також значну частину білків, які плавають у ліпідній двомірній рідині.

- Ліпідний бішар визначає основні структурні особливості біологічних мембран, а типи мембранних білків і їх кількість у мембрані відображають біологічні функції даної мембрани.

Наприклад, мієлінові мембрани нервових клітин виконують функцію електричної ізоляції, тому ці мембрани містять менше 25 % білка. На мембранах мітохондрій та хлоропластів проходить велика кількість ферментативних реакцій, тому ці мембрани містять близько 75 % білків. У звичайній плазматичній мембрані білок становить близько 50 % від її маси.

Залежно від міцності зв’язків між ліпідами і білками, всі мембранні білки можна поділити на дві групи:

· периферійні – ті, що досить легко відділити від мембрани;

· інтегральні – ті, які можна виділити лише після повного розпаду бішару.

Зрозуміло, що мембранні білки, які одночасно контактують як з гідрофільним середовищем всередині чи поза клітиною, так і з гідрофобним середовищем бішару, повинні мати амфіпатичні властивості. Всередині мембран, де вода практично відсутня, полярні групи білків не можуть утворювати водневих зв’язків з молекулами води. Тому вони намагаються утворити їх одна з одною. Ми вже знаємо, що утворення водневих зв’язків вздовж поліпептидного ланцюга призводить до створення a-спіралей чи b-складок. Саме такі форми організації є характерними для мембранних білків.

Білки мембран здатні, як і ліпіди, рухатися у площині бішару (латеральна дифузія). Але швидкість цього руху у десятки і тисячі разів повільніша, ніж у ліпідів. Це пов’язано з тим, що у багатьох клітин є орієнтація типу “верх – низ”. Наприклад, клітини слизових оболонок однією стороною контактують з зовнішнім середовищем, а трьома іншими – з сусідніми клітинами. Зрозуміло, що білковий склад мембран на цих поверхнях має бути різним, тому у мембранах існують спеціальні механізми, які заважають латеральній дифузії білкових молекул у бішарі. Досягти закріплення білків у ліпідній рідині мембран можна трьома різними способами: