Среди свойств плазматической мембраны ее избирательная проницаемость является одним из главных. Благодаря ей формируется разделение жидкостных сред многоклеточного организма на компартменты, в каждом из которых формируется свой состав электролитов и органических веществ. Любая органелла или клетка, обрамленная плазматической мембраной, строго разделяет среды организма и регулирует транспорт веществ в двух направлениях.
Определение и характеристика
Избирательная проницаемость – уникальное свойство фосфолипидного бислоя мембраны со встроенными в ее толщу ионными каналами. Это качество характерно для любой клетки, а также для мембранных органелл: лизосом, митохондрий, ядра, комплекса Гольджи, ретикулума. В основе избирательности мембраны лежит ее структура, в которую включены гидрофобные участки фосфолипидов.
После образования фомфолипидного бислоя с обращенными друг к другу гидрофобными участками ограничивается проницаемость воды через плазмолемму. Внутрь клетки и наружу она может попасть только через трансмембранные каналы, транспорт по которым осуществляется по законам осмоса путем диффузии. Регулируется избирательная проницаемость для молекул воды осмотическим давлением. В случае увеличения концентрации солей внутри клетки через каналы внутрь цитоплазмы проникает вода, а в случае повышения внеклеточного осмотического давления она устремляется в межклеточное пространство.
Транспорт
Клеточная мембрана разграничивает два компартмента – межклеточное пространство с цитоплазмой (или полость органеллы и цитоплазму). И между каждым компартментом должен постоянно происходить обмен веществами. Для плазмолеммы характерен активный и пассивный транспорт.
Активный протекает с энергозатратами и позволяет переправить вещества из области меньшей концентрации в большую. Пассивный транспорт – свободное проникновение липофильных веществ внутрь клетки через плазмолемму, а также перенос ионов через специальные каналы из области высокой концентрации в область с меньшим содержанием однотипных ионов.
Трансмембранные рецепторы
Избирательная проницаемость мембраны для ионов регулируется специализированными ионными каналами, встроенными в плазмолемму. Для каждого иона они различны и регулируют быстрый активный транспорт либо пассивный медленный перенос гидратированных ионов. Ионные каналы для калия всегда открыты, а калиевый обмен осуществляется в зависимости от мембранного потенциала.
Для натрия характерно наличие и медленных каналов, и быстрых. Медленные работают по аналогичному принципу, как и калиевые, а работа быстрых каналов – это пример активного транспорта, протекающего с энергетическими затратами. Он имеет место в случае генерации потенциала действия, когда путем непродолжительной активации быстрых каналов обеспечивается высокоинтенсивный внутриклеточный приток натриевых ионов с последующей перезарядкой мембраны.
Избирательная проницаемость плазмолеммы важна для транспорта белковых молекул, аминокислот, витаминов и важных кофакторов ферментных систем клетки. Эти молекулы полярны и гидрофильны, а потому не способны проникать через гидрофобный липидный бислой. Для их транспорта в толще мембраны присутствуют специальные каналы, которые представляют собой сложные гликопротеиды.
Трансмембранный перенос
Присоединение к рецепторам специализированных лигандов активирует прохождение вещества внутрь клетки. Для каждого типа таких молекул в толще мембраны встроен свой специфический переносчик. Этот наиболее строгий и самый высокоспецифичный способ организации избирательной проницаемости клетки – гарантия того, что внутрь цитоплазмы не проникнет ненужное в данной фазе ее развития вещество.
Структура трансмембранного специфического переносчика закодирована в генетическом материале ядра. И процесс сборки нового канала для транспорта веществ регулируется самой клеткой. Это означает, что на каждом этапе своей дифференциации она способна инициировать или прекратить поступление определенных веществ в свою цитоплазму в зависимости от внешних условий.
Внутриклеточные рецепторы
Клетка и мембранные органеллы обладают избирательной проницаемостью и за счет внутриклеточных рецепторов. Они предназначены для получения сигналов от липофильных веществ. В отличие от гидрофобных, такие молекулы способны встраиваться в липидный бислой мембраны и длительно плавать в нем, после чего проникать в цитоплазму и контактировать с внутриклеточным или ядерным рецептором.
Примером является проникновение стероидных гормонов. Они беспрепятственно проходят цитолемму и после контакта со специфическим рецептором активируют или подавляют определенное звено метаболических цепей. Возможность свободного прохождения липофильных веществ через плазматическую мембрану также является примером избирательной проницаемости.
Все липофильные вещества, способные преодолевать липидный бислой, растворяясь в нем, имеют внутриклеточный рецептор. Гидрофильные молекулы отталкиваются от поляризованных участков мембраны, а потому для передачи сигналов или попадания внутрь клетки они должны либо присоединиться к трансмембранному переносчику, либо прикрепиться к поверхностным рецепторным молекулам мембраны.
