Коротко: различия в составе липидов и белков обусловлены эволюцией, строением клетки (наличие/отсутствие органелл и клеточной стенки) и средой обитания; эти различия изменяют текучесть, проницаемость, механическую прочность и специальные функции мембран (транспорт, сигнальная передача, энергообразование).
Основные различия
- Липиды
- Бактерии (прокариоты): преимущественно глицерофосфолипиды с эфирными связями и жирными кислотами (обычно смеси насыщенных и ненасыщенных). В некоторых бактерий — hopanoids (аналог холестерола).
- Археи (прокариоты): эфирные связи липидов к глицеролу-1-фосфату и изопреноидные боковые цепи; часто монолипидные мембраны (ди- или тетраэтеры), что даёт стабилизацию при экстремальных температурах/pH.
- Эукариоты: большие разнообразие фосфолипидов, сфинголипидов и стеролов (холестерин у животных, эргостерол у грибов). Органелльные мембраны отличаются по составу (например, митохондриальная внутренняя мембрана богата кардиолипином).
- Белки
- Прокариоты: много переносчиков и каналов, белки тесно связаны с функциями плазменной мембраны (дыхание, транспорт, синтез клеточной стенки). У грамотрицательных — порины в внешней мембране.
- Эукариоты: большое количество рецепторов, белков адгезии, белков, участвующих в мембранном трафике (клатрин, SNARE), связи с цитоскелетом; специализированные домены (липидные рафты).
- Организация
- Прокариоты используют плазматическую мембрану для большинства энергетических процессов (ФОСФОРИЛЯЦИЯ), у эукариот эти процессы вынесены в органеллы.
- Эукариотическая мембрана асимметрична по липидному составу и гликилирована (гликокаликс).
Как это влияет на функции в разных средах
- Текучесть и температура: насыщенные жирные кислоты и эфирные/изопреноидные связи повышают жёсткость и температурную стабильность; ненасыщенные — повышают текучесть при низких температурах. Пример: архейские эфиры и монолипидные структуры устойчивы при $\ge 80^{\circ }C$; холестерин в эукариотах стабилизирует мембрану при колебаниях температуры.
- Проницаемость и защита: стеролы и hopanoids уменьшают проницаемость для ионов и мелких молекул; толстая клеточная стенка (Грамположительные) или наружная мембрана (Грамотрицательные) дают дополнительную защиту в агрессивной среде.
- Энергообмен: у прокариот мембрана сама поддерживает градиенты протонов/ионов для АТФ‑синтеза; её состав оптимизирован для плотной укладки белков дыхательной цепи. У эукариот дыхание происходит в митохондриальных мембранах с особым липидным окружением (кардиолипин обеспечивает активность комплексов).
- Транспорт и сигналинг: богатство рецепторов и белков трафика у эукариот обеспечивает эндо‑/экзоцитоз и сложную гормональную сигнальную передачу; прокариоты больше полагаются на поры/транспортеры и простые регуляторные системы.
- Адаптация к осмотическому/химическому стрессу: различный состав липидов позволяет менять мембранные свойства быстрее или медленнее; археи и некоторые бактерии имеют химически устойчивые липиды для выживания в кислотных, щелочных или высокосолевых средах.
- Медицинское и экологическое значение: различия делают мишенями антибиотиков и иммуноответа (пептидогликан, липополисахарид), а также влияют на восприимчивость к растворителям и температуре.
Коротко: различия в химии мембран — это адаптация к функции и среде: стабильность, проницаемость, участие в энергопроцессах и сигналинге зависят от типа и соотношения липидов и белков в мембране.