Клеточные мембраны и транспорт
Клеточные мембраны представляют собой селективно проницаемые липидные бислои, которые определяют границы клеток и органелл и контролируют прохождение веществ через них.
Definition
Биологическая мембрана — это тонкий бислой липидов со встроенными белками, который разделяет компартменты и регулирует транспорт; мембранный транспорт — это совокупность процессов, перемещающих ионы и молекулы через этот барьер.
Scope
Эта область охватывает структуру биологических мембран как текучих липидных бислоев, пронизанных белками, механизмы, посредством которых растворенные вещества пересекают их путем диффузии, через каналы, переносчики и насосы, а также электрические свойства мембран, возникающие из селективной ионной проницаемости.
Sub-topics
Core questions
- Как устроена биологическая мембрана на молекулярном уровне?
- Как клетки перемещают растворенные вещества через непроницаемый бислой?
- Что отличает пассивный транспорт от активного?
- Как селективная ионная проницаемость генерирует мембранный потенциал?
Key theories
- Модель жидкостной мозаики
- Биологические мембраны представляют собой двухмерные жидкости, в которых липидный бислой содержит белки, способные диффундировать латерально, что придает мембранам как стабильность, так и динамическое поведение.
Mechanisms
Мембраны представляют собой бислои амфипатических липидов, в которые встроены интегральные и периферические белки. Малые неполярные молекулы пересекают мембрану путем простой диффузии, тогда как ионам и полярным растворенным веществам требуются транспортные белки: каналы обеспечивают селективные поры, переносчики связывают и перемещают растворенные вещества, а насосы используют энергию для перемещения растворенных веществ против градиентов. Дифференциальная ионная проницаемость и активная откачка создают электрохимические градиенты, которые запасают энергию и лежат в основе мембранного потенциала.
Clinical relevance
Биология мембран лежит в основе того, как клетки поддерживают свою внутреннюю среду, общаются и преобразуют энергию, а также обеспечивает основу для понимания транспорта и электрической сигнализации. Представленное здесь описание является дескриптивным и не предписывающим.
History
Ранние эксперименты с бислоями установили липидную основу мембран; модель жидкостной мозаики Зингера и Николсона 1972 года объединила представление о белках внутри текучего бислоя, а более поздние структурные исследования насосов и каналов подробно описали, как осуществляется транспорт.
Key figures
- S. Jonathan Singer
- Garth Nicolson
- Jens Christian Skou
- Roderick MacKinnon
Related topics
Seminal works
- singer1972
- alberts2014
Frequently asked questions
- Что такое модель жидкостной мозаики?
- Она описывает клеточную мембрану как текучий липидный бислой, внутри которого белки плавают и перемещаются латерально, подобно мозаике компонентов в двухмерной жидкости.
- Почему большинство ионов не могут свободно пересекать мембрану?
- Гидрофобная внутренняя часть липидного бислоя отталкивает заряженные ионы, поэтому они могут пересекать мембрану только через специфические транспортные белки, такие как каналы, переносчики и насосы.