Функції мембран
1. Фізичні та фізико-хімічні функції клітини полягають у хімічному метаболізмі і біосинтезі, біоенергетичних процесах накопичення енергії та її перетворення під час електро- і механічних процесів та транспорту молекул й іонів. Хімічна енергія АТФ перетворюється в хімічну, електричну, осмотичну і механічну роботу.
Біоенергетична й біосинтетична функції пов'язані між собою та із транспортуваннямречовин із середовища у клітину, і навпаки. Поєднання транспорту речовин зі збереженням вмісту клітини та її автономністю забезпечується клітинною мембраною. Клітинна мембрана – це напівпроникна перегородка завтовшки 7...10 мм, яка відіграє важливу роль в усіх функціях клітини. Мембрана має рідкокристалічну структуру, тому фізичні та хімічні закономірності рідких кристалів дають змогу зрозуміти механізм її функціонування. Досліджують роль рідких кристалів у виникненні деяких захворювань в організмі людини. Основна функція клітини - обмін
речовин. Рідкі кристали є ідеальним утворенням для цього.
Пружність мембран як рідких кристалів дає змогу пояснити явище фагоцитозу, що полягає у захопленні та поглинанні частинки мембраною. Внаслідок дотику до сторонньої частинки мембрана деформується, охоплює цю частинку і поглинає її. Таким чином частинка потрапляє в клітину.
Правильне розміщення елементів рідких кристалів — сприятливе середовище для дії внутрішньоклітинних каталізаторів. За певних умов рідкі кристали можуть набрякати, а потім стискатись. Форма рідких кристалів зручна для біологічних процесів. Вона поєднує в собі стійкість до зовнішніх дій з пластичністю, гнучкістю. Рідкі кристали надзвичайно чутливі до різних внутрішньоклітинних процесів, швидко реагують на них.
Вочевидь, відхилення від рідкокристалічного стану може зумовити порушення тих чи інших функцій, виникнення захворювання. Існує гіпотеза, що старіння організму тією чи іншою мірою пов'язане із кристалізацією мембран. Твердокристалічні ділянки клітинної мембрани втрачають рухливість, погіршують обмін речовин, і організм старіє. Внаслідок утворення злоякісних клітин також порушується рідкокристалічний стан мембрани. Доведено, що існує прямий зв'язок між вмістом холестерину в крові та ступенем розвитку атеросклерозу. До складу атеросклеротичних бляшок крім холестерину та його сполук входять фосфоліпіди, які відрізняють його від складу неушкодженої тканини. У бляшках ефірів вміст холестерину становить 95%, фосфоліпідів — 1%, а в неушкодженій тканині вміст ефірів — 39%, фосфоліпідів — 39%. Рідкокристалічна фаза зв'язує холестерин і перешкоджає утворенню ефірів холестерину. Внаслідок порушень надлишкові ефіри виділяються у вигляді твердокристалічних атеросклеротичних бляшок.
За допомогою мембрани вмонтовані у ній білки "дізнаються" про дію один одного. Наприклад, якщо один із білків змінить своє положення, то призведе до деформації мембрани, і пружна хвиля, яка поширюється мембраною, "сповістить" інші білки про те, що "відбулося" з білком. Деформація шару фосфоліпідів зумовлює поляризацію та виникнення електричного поля, яке полегшує транспорт іонів через мембрану.
2. Мембрани беруть участь у процесах обміну речовин, які забезпечують життєдіяльність клітин. В усіх мембранних структурах є ферментні системи. Результати досліджень свідчать, що поверхня мембран є тим місцем у клітині, де відбувається більшість біохімічних реакцій.
3. Мембрани координують і регулюють біохімічні і біофізичні процеси в клітинах. Вони сприймають зовнішні сигнали, перетворюють їх у команди, які регулюють обмін речовин усередині клітини. При цьому важливе значення має проникність мембран. Якщо змінюється проникність, то змінюються стаціонарні концентрації реагуючих речовин у клітинах, що спричиняє зміни швидкостей біохімічних і біофізичних процесів. Про це свідчить те, що біологічна дія більшості гормонів полягає у зміні проникності клітинних мембран. Під час порушення гормонального і вітамінного балансів в організмі порушується нормальний стан клітинних мембран. Виявлено збільшення проникності мембран лізосом і вихід у цитоплазму лізосомних ферментів при авітамінозі, гіпоксії, дії іонізуючого випромінювання. Такі ж препарати, як кортизон і гідрокортизон, здатні стабілізувати мембрани лізосом, що є однією з причин протизапальної дії цих сполук.
4. Клітинні мембрани забезпечують адгезію — зчеплення клітин під час утворення тканини. З'єднання клітин забезпечується наявністю на їхній поверхні специфічних структур у вигляді виступів і впадин. Цим зумовлюється механічне зчеплення типу "гніздо-шип", а також хімічне зчеплення. Міжклітинна рідина містить солі кальцію, які сполучаються з карбоксильними групами білків і фосфатними групами ліпідів, що зумовлює клейкоподібні властивості рідини. Стабільність тканин залежить від поверхневого заряду клітин. Тканини стабільні, якщо електричне відштовхування клітин зрівноважує сили їх молекулярного зчеплення. Проте клітини різних тканин мають неоднакову здатність до адгезії. Наприклад, мембрани клітин злоякісних пухлин втрачають структури, які забезпечують механічне та хімічне зчеплення. Вміст кальцію в пухлинах у 2 рази менший, ніж у нормі, а також зростають сили електричного відштовхування. Тому клітини пухлин є більш рухливими, вони відриваються від них, пливуть з течією рідини та утворюють метастази.
5. Мембрана визначає дихальну функцію клітин.
6. Мембрана — це середовище, в якому відбуваються біоенергетичні процеси: генерація біопотенціалів, окиснювальне фосфорилювання.
7. Мембрана бере участь у поширенні нервового імпульсу і визначає рецепцію (механічну, акустичну, смакову, зорову та ін.).