Биоэнергетика мембран

5-7 нм, состоящие из белков и липидов.

Липидные компоненты: фосфолипиды или

(реже) глико- и сульфолипиды.

Белки: определяют специфику мембран (ферменты, пигменты, рецепторы)

клетки от наружной среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные

органоиды клетки.

К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды.

активный обмен веществ с окружающей средой.
2) транспортная — через мембрану

происходит транспорт веществ в клетку и из клетки.
3) матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
4) рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
5) энергетическая.

мембрана бактерий
Внешняя мембрана клеток эукариот
Мембрана бактериальных хроматофоров
Тилакоиды хлоропластов и цианобактерий
Вакуолярная

мембрана (тонопласт) растений и грибов

Не преобразуют энергию: внешняя мембрана митохондрий, внешняя мембрана оболочки хлоропласта, мембраны эндоплазматической сети (?) и аппарата Гольджи (?), мембрана ядра (?).

свободно диффундируют через биомембраны.
С увеличением размера молекулы теряют способность

проникать через биомембраны (непроницаемы для глюкозы и других сахаров).
Проницаемость биомембран зависит от полярности веществ:
Неполярные вещества, такие, как бензол, этанол, диэтиловый эфир легко проходить через
Для гидрофильных, особенно заряженных молекул, биомембраны непроницаемы (перенос таких веществ осуществляется специализированными транспортными белками)

процессы, обеспечиваемые ионными каналами и переносчиками, осуществляется по градиенту концентрации

или градиенту электрическою заряда (называемым вместе электрохимическим градиентом).

Канальные белки образуют в биомембранах заполненные водой поры, проницаемые для определенных ионов. Например, имеются специфические ионные каналы для ионов Na+, К+, Са2+ и Cl-

Транспортные белки избирательно связывают молекулы субстрата и за счет конформационных изменений переносят их через мембрану.
Белки-переносчики (пермеазы) похожи на ферменты, но они «катализируют» направленный транспорт, а не ферментативную реакцию.

транспорт требует притока дополнительной энергии, которая обычно обеспечивается за счет

гидролиза АТФ.

Существует несколько систем активного транспорта (ионные насосы):

1) Натрий-калиевый насос (Na+/K+-АТФаза).
2) Кальциевый насос.
3) Водородный насос.

потенциалы


Протонный потенциал состоит из:
трансмембранной разности электрических потенциалов (Δψ)
трансмембранной разности

концентрации ионов водорода (ΔрН).

Потенциальная энергия, накопленная в форме Δψ или ΔрН может быть переведена в работу, если в мембране будет сопряженный компонент (сопрягающий перенос протонов по градиенту с совершением полезной работы)

на F - число Фарадея .

Полученное значение П. Митчел предложил

называть протон-движущей силой

Натрий-движущая сила

S - sodium

внешних ресурсов для совершения полезной работы. Она сначала превращает их

в одну из трех конвертируемых форм энергии («энергетических валют»), а именно: в АТФ, протонный или натриевый потенциал, которые затем расходуются для осуществления различных энергоемких процессов.

ΔμΗ, а затем ΔμΗ израсходуется для синтеза АТФ.
Фотосинтез

ΔμΗ, а ΔμNa, который расходуется затем на совершение работы.

В

животной клетке ΔμNa образуется в плазмалемме за счет энергии АТФ и расходуется на аккумуляцию различных веществ в протоплазме – происходит перенос веществ в область с большой концентрацией – совершается осмотическая работа

у пресноводных – за счет ΔμН.

Химическая работа (синтез химических соединений)

совершается за счет АТФ.

Терморегуляция – тепловая энергия – за счет ΔμН.

Механическая работа у бактерий (вращение жгутиков) – ΔμNa или ΔμН.

(АТФ ) и связанной с мембраной (

 либо   ).

получения хотя бы одной из них за счет внешних ресурсов

достаточно для поддержания жизнедеятельности.

ΔμН

Н+-АТФ-синтаза

АТФ ΔμNa Na+-АТФ-синтаза

ΔμNa ΔμН H+/Na+ - антипортер

Бактерии Propionigenium modestum нет ни фотосинтеза, ни дыхания, ни гликолиза. Вся энергия поступает только от процесса декарбоксилирования янтарной кислоты в пропионовую. Этот процесс сопряжен с генерацией ΔμNa, которая используется на осмотическую работу или синтез АТФ.