Контрольная работа: Матричний синтез білка
· Білкові молекули сусідніх клітин можуть з’єднуватися одна з одною.
· Мембранні білки можуть з’єднуватися зі структурами всередині цитозолю.
Враховуючи значну роль білків у біологічних процесах, дослідження особливостей будови та функціонування мембранних білків – один з приоритетних напрямків сучасної біології.
У плазматичній мембрані всіх еукаріотичних клітин більшість білків, розташованих на поверхні клітин, а також більшість ліпідів зовнішнього моношару ковалентно зв’язані з олігосахаридами. Ці вуглеводні ланцюги можуть бути досить складними. Для багатьох різновидностей таких олігосахаридних “хвостів” ще навіть не встановлена точна структура. Функція цих вуглеводів достеменно невідома. Але вважається, що вони відіграють важливу роль у процесах міжклітинного розпізнавання.
Зовнішні вуглеводні компоненти мембран прокаріотичних клітин не лише додатково захищають організми від навколишнього середовища, але і зберігають їх цілісність. Внутрішній тиск цитоплазми у деяких бактерій може перевищувати атмосферний у двадцять і більше разів (1,96 · 106 Па і більше). Наявність додаткової вуглеводної оболонки надає клітинам прокаріотів міцності.
Транспортування речовин через мембрани
Для нормального існування будь-якої складної системи (чи то екосистема, чи людська спільнота) однією з найважливіших проблем є робота транспортних комунікацій. Зі свого життєвого досвіду ви знаєте, що невирішеність цього питання створює значні складності, а іноді навіть може бути причиною катастрофи. Транспортна проблема існує і на рівні клітин. Вона має два аспекти:
· з одного боку, плазматична мембрана у основній своїй масі є гідрофобною, а зовнішнє і внутрішнє середовище і речовини, які транспортуються, є гідрофільними;
· з іншого боку, перенесення речовин досить часто відбувається не лише з місць, де вони знаходяться у високих концентраціях, у місця, де їх концентрація низька, але і навпаки – з низької у високу.
Яким же чином речовини переносяться через плазмолему? Найпростішою відповіддю на це питання були б отвори у мембрані. Але у такому випадку стає неможливим підтримка сталості внутрішнього середовища клітин. Крім того, біліпідний шар взагалі не може мати отворів. Уявіть лише мильну бульбашку з дірочками. Інший гіпотетичний варіант – утворення на поверхні клітини спеціальних ліпосом, які б транспортували речовини у клітину і з клітини. Цей варіант досить прийнятний, але він не може бути універсальним з суто економічних причин. Природа дуже економна господиня, а створення ліпосом і їх переміщення вимагає постійних витрат значної кількості речовини і енергії. У процесі еволюції з’ясувалося, що проблему клітинного транспорту не можливо розв’язати якимось одним методом. Через те, що речовини, необхідні одноклітинним організмам і клітинам багатоклітинних організмів, дуже різні, існує декілька транспортних механізмів (рис. 1.47). Їх можна поділити на дві великі групи:
· транспорт малих молекул;
· транспорт макромолекул і часток.
Рис. 3. Види мембранного транспорту
Транспортування малих молекул відбувається на основі закономірностей, які пов’язані з різницею фізико-хімічних характеристик середовища у клітині і за її межами.
- Різницю концентрацій речовин по обидві сторони плазматичної мембрани називають градієнтом концентрації, а різницю електричних зарядів – мембранним потенціалом. Обидва градієнти разом складають електрохімічний градієнт.
У випадку, коли через мембрану проникають неполярні молекули, вони рухаються стосовно концентрації: у напрямку від більшого градієнту до меншого градієнту, до вирівнювання концентрацій. Тому для проникнення у клітину газів (азоту, кисню) та гідрофобних молекул (бензолу) не потрібно ніяких особливих пристосувань.
- Рух хімічних речовин за градієнтом названий пасивним транспортом. Він не потребує додаткових затрат енергії.
- Вид пасивного транспорту, при якому речовини проникають безпосередньо через мембранний ліпідний бішар, називають простою дифузією.
Для полярних молекул ліпідний бішар може бути серйозною перешкодою. Дослідження зі штучними мембранами, які складалися лише з ліпідів, показали, що шляхом простої дифузії можуть проникати лише невеликі незаряджені молекули (вода, сечовина, гліцерол, вуглекислий газ). Коли молекула заряджена (іон), то вона проникає через ліпідний бішар значно важче. Наприклад, коефіцієнт дифузії через біліпідний шар у води у 1010 більший, ніж у іону калію. Великі незаряджені молекули (глюкоза, сахароза) також не проникають через біліпідний шар. Але результати експериментів зі штучними мембранами вступають у протиріччя із реальними фактами. Адже добре відомо, що і глюкоза, і амінокислоти та інші великі полярні молекули й іони можуть проникати через плазматичну мембрану. Без такого транспорту існування у клітині було б неможливе.
Це протиріччя легко спростувати, коли згадати, що у клітинній мембрані, крім ліпідів, є ще і білки. Саме вони виконують роль посередників для транспорту тих молекул, проста дифузія яких через біліпідний шар недостатня для нормального існування клітини.
- Пасивний транспорт, у якому використовуються спеціальні механізми для перенесення речовин, названий полегшеною дифузією.
Білки, які забезпечують полегшену дифузію, можна поділити на два класи:
· до першого класу відносяться білки, що формують канали, через які проникають полярні молекули. Ці білки називають тунельними або каналоутворюючими;
· до другого класу відносяться білки, які зв’язуються з полярними молекулами і переносять їх через мембрану. Їх називають білками-переносниками або транспортерами.
Важливою особливістю пасивного транспорту (простої і полегшеної дифузії) є те, що жоден з цих способів перенесення речовин через клітинну мембрану не потребує затрат енергії. Це пояснюється тим, що рух речовин через мембрану відбувається за градієнтом концентрації та електрохімічним градієнтом. Будь-яке переміщення речовин проти градієнту з більш концентрованих до менш концентрованих, обов’язково вимагає затрат енергії.
- Рух хімічних речовин проти градієнта концентрації чи заряду називається активним транспортом. Він можливий лише при умові використання енергії.
Активний транспорт у клітині відбувається за участю спеціальних, іноді дуже складних, ферментативних комплексів. Як правило, ферменти у таких комплексах зв’язані з мембранами або самі є мембранними білками.
Типовим прикладом спеціального транспортного комплексу є натрій-калієвий насос ((Na+ -K+ )-насос). В усіх тваринних клітинах вміст K+ у цитоплазмі значно перевищує концентрацію цього іону у міжклітинному середовищі. Na+ , навпаки, у значно більших концентраціях знаходиться у міжклітинній рідині, ніж у клітині. Така різниця у концентрації цих іонів має велике значення для функціонування живих організмів. Завдяки (Na+ -K+ )-насосу:
· підтримується мембранний потенціал;