Симметрия и асимметрия биологической мембраны

Биологические мембраны формируют структуру живой клетки. Они содержат в своем составе липиды, белки и углеводы, причем расположение молекул одновременно обладает свойствами симметрии и асимметрии.
Симметрия лежит в основе строения биологических мембран. Все они, по сути, представляют собой тонкие липопротеиновые пленки, структурную основу которых составляет двойной слой молекул липидов. Липиды представлены фосфолипидами, сфинголипидами и гликолипидами. Наиболее часто встречаются фосфолипиды, доля которых достигает 80% [2].
Молекулы липидов биологических мембран полярны и состоят из двух частей: заряженной гидрофильной головки и гидрофобного хвоста. Так, в молекуле фосфолипида головка состоит из остатка фосфорной кислоты, соединенного со спиртовой или аминокислотной группой, а хвосты состоят из остатков жирных кислот. В двойном слое липидов молекулы располагаются таким образом, что хвосты обращены внутрь друг к другу, а головки – к внутренней и наружной стороне мембраны. Таким образом, билипидный слой обладает зеркальной симметрией [2].
Такое расположение не случайно, а представляет собой термодинамически наиболее выгодную форму

. В водных растворах, какими являются цитозоль и межклеточная жидкость, фосфолипидные молекулы самособираются в бислойную мембрану так, чтобы гидрофобные хвосты были упрятаны внутрь, а в контакте с водным окружением оказались гидрофильные головки.
Помимо липидов в структуру мембран входят белки и углеводы. Белки мембраны делятся на интегральные, полуинтегральные и периферические. Интегральные белки проходят сквозь толщу мембраны. Они расположены таким образом, что неполярные гидрофобные сегменты молекулы погружены в билипидный слой, а полярные гидрофильные участки обращены в сторону водной фазы. У полуинтегральных белков гидрофобные аминокислоты располагаются на одном из полюсов молекулы белка, и, соответственно, она погружена в мембрану лишь наполовину. Периферические белки не имеют гидрофобных участков и располагаются на внешней или внутренней поверхности мембраны [2].
Асимметрия биологической мембраны проявляется в том, что внешний и внутренний слои существенно отличаются по качественному составу липидов и белков