Синтез клеточных мембран

Клеточные мембраны состоят из двух основных типов компонентов: липидов (главным образом фосфолипидов) и белков. Фосфолипиды имеют гидрофильные «головки» (обращённые к водной среде) и гидрофобные «хвосты» (обращённые внутрь бислоя), что обеспечивает избирательную проницаемость мембран^[3].

Фосфолипиды синтезируются ферментами, локализованными в мембранах гладкой эндоплазматической сети. Эти ферменты катализируют реакции образования связей между жирными кислотами, глицерином и фосфатными группами. Синтезированные молекулы фосфолипидов встраиваются в мембрану ЭПС, увеличивая её площадь^[1].

Таким образом, гладкая ЭПС играет ключевую роль в создании липидного бислоя. Кроме того, гладкая ЭПС участвует в синтезе внутриклеточных полисахаридов и липидов, главным образом стероидов^[3].

Белковые компоненты мембран (интегральные и полуинтегральные белки) синтезируются на рибосомах гранулярной ЭПС. В процессе синтеза эти белки встраиваются в мембрану ЭПС с помощью специальных механизмов, причём их ориентация (какой участок будет обращён в цитоплазму, а какой — в полость цистерны) определяется последовательностью аминокислот. Таким образом, мембрана ЭПС содержит все необходимые компоненты для построения других клеточных мембран^[1].

На шероховатой ЭПС рибосомы синтезируют белки, экспортируемые из клетки. Кроме того, что шероховатая ЭПС участвует в синтезе белков, она также обеспечивает их обособление от основных функционирующих белков клетки^[3]. Среди этих белков — и те, которые станут частью мембран: они не выводятся наружу, а остаются в мембране, будучи встроенными в неё в процессе синтеза.

Транспорт вновь синтезированных мембранных компонентов к местам назначения осуществляется с помощью мембранных пузырьков (везикул). Пузырьки, которые отшнуровываются от ЭПС, переносят фосфолипиды и мембранные белки в аппарат Гольджи, где они претерпевают дальнейшие преобразования^[1]. В аппарате Гольджи тонкая мембрана ЭПС превращается в более плотную, похожую на плазматическую мембрану^[3]. Мембрана приобретает иной белковый и липидный состав, становится менее проницаемой и более стабильной — именно такой, какая нужна для плазматической мембраны и мембран секреторных пузырьков.

Пузырьки аппарата Гольджи сливаются с плазматической мембраной, высвобождая свое содержимое наружу (экзоцитоз), а их мембрана встраивается в мембрану клетки и таким образом возмещает убытки плазматической мембраны, происходящие при экзо- и эндоцитозах^[3][1].

Это непрерывный круговорот: мембранные пузырьки постоянно отшнуровываются от ЭПС, сливаются с аппаратом Гольджи, отшнуровываются от него и, наконец, встраиваются в плазматическую мембрану.

Эндоплазматическая сеть является главной «строительной фабрикой» клетки. При её участии происходит сборка мембран для различных задач: построения наружной мембраны, ремонта повреждений в мембране, создания ядерной оболочки, пузырьков, цистерн, вакуолей и т. п.^[1].

Таким образом, синтез клеточных мембран — это непрерывный процесс, в котором эндоплазматическая сеть производит липиды и белки, аппарат Гольджи модифицирует их и направляет к месту назначения, а плазматическая мембрана постоянно обновляется за счёт встраивания мембранных пузырьков^[1][2][3].

К мембранным компонентам клетки относят такие органеллы, как плазмалемма, ядро, органеллы, составляющие вакуолярную (эндомембранную) систему (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли), а также митохондрии и пластиды. Все они имеют общее происхождение и связаны друг с другом через мембранный транспорт^[2].