Мембрана состоит из двух слоев амфипатических молекул липидов (билипидный слой, или бислой). Каждая такая молекула имеет две части — головку и хвост. Хвосты гидрофобны и обращены друг к другу. Го- ловки, напротив, гидрофильны и направлены кнаружи и внутрь клетки. В билипидный слой погружены молекулы белка (рис. 2). Билипидный слой ведет себя как жидкость, обладающая значительным поверхностным натяжением. Вследствие этого он образует замкнутые полости, которые не спадаются.
Рис. 2. Строение цитоплазматической мембраны: 1 — липиды; 2 — гидрофобная зона липидных молекул; 3 — белковые молекулы; 4 — полисахариды гликокаликса
Некоторые белки проходят через всю толщу мембраны, так что один конец молекулы обращен в пространство по одну сторону мембраны, другой — по другую. Их называют интегральными (трансмембранными). Другие белки расположены так, что в околомембранное пространство обращен лишь один конец молекулы, а второй конец лежит во внутреннем или в наружном монослое мембраны. Такие белки называют полуинтегральными. Некоторые белки (обычно переносимые через мембрану и временно находящиеся в ней) могут лежать между фосфолипидными слоями.
Концы белковых молекул, обращенные в околомембранное пространство, могут связываться с различными веществами, находящимися в этом пространстве, поэтому интегральные белки играют большую роль в организации трансмембранных процессов. С полуинтегральными белками всегда связаны молекулы, осуществляющие реакции по восприятию сигналов из среды (молекулярные рецепторы) или по передаче сигналов от мембраны в среду. Подобно липидам, белковые молекулы также являются амфипатическими — их гидрофобные участки окружены аналогичными «хвостами» липидов, а гидрофильные обращены наружу или внутрь клетки.
Белки осуществляют большую часть мембранных функций: одни являются рецепторами, другие — ферментами, третьи — переносчиками. Несколько белковых молекул могут образовать канал, через который проходят определенные ионы или молекулы.
Концентрация веществ, в частности ионов, по обе стороны мембраны не одинакова. Каждая сторона несет свой электрический заряд. Различия концентрации ионов создают соответственно и разность элект- рических потенциалов. Одной из важнейших функций биологических мембран, в том числе клеточной мембраны, является транспорт.
Биологической мембраной является цитолемма. Ее толщина около 10 нм, так что при световой микроскопии она неразличима. Цитолемма обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию клетки с внешней средой. Она выполняет также транспортную и рецепторную функции (восприятие сигналов из внешней для клетки среды). Цитолемма, таким образом, обеспечивает поверхностные свойства клетки.
Наружный и внутренний электронноплотные слои цитолеммы имеют каждый толщину около 2-5 нм, средний электронно-прозрачный слой — около 3 нм. В билипидный слой цитолеммы погружены молекулы белка. Некоторые из них (интегральные, или трансмембранные) проходят через всю толщину мембраны, другие (периферические, или
внешние) лежат во внутреннем или наружном монослое мембраны. Некоторые интегральные белки связаны нековалентными связями с белками цитоплазмы.
Внешняя поверхность цитолеммы покрыта гликокаликсом. Его толщина различная и колеблется даже на разных участках поверхности одной клетки от 7,5 до 200 нм. Гликокаликс представляет собой совокупность молекул, связанных с белками мембраны. По составу эти молекулы могут представлять собой цепочки полисахаридов, гликолипидов и гликопротеинов.
Многие молекулы гликокаликса функционируют в качестве специфических молекулярных рецепторов. Чем больше конкретных спе- цифических рецепторов находится в гликокаликсе, тем активнее клетка реагирует на соответствующие сигнальные вещества. Если в гликокаликсе нет таких молекул-рецепторов, клетка на внешние вещества не реагирует.