Мембранная регуляция осуществляется благодаря сдвигам в мембранном транспорте, связыванию или освобождению ферментов и регуляторных белков и путем изменения активности мембранных ферментов. Все функции мембран — транспортная, осмотическая, энергетическая и др. — одновременно являются и различными сторонами механизма регуляции внутриклеточного обмена веществ. Причем особое значение во всех этих механизмах имеет система мембранных хемо-, фото- и механорецепторов, позволяющих клетке оценивать качественные и количественные изменения во внешней и внутренней среде и в соответствии с этим изменять свойства мембран.
Контактная регуляция активности ферментов имеет место, в частности, в цистернах ЭР и в АГ, где идет достройка и модификация секретируемых белков. Связывание мембранами или освобождение ферментов, как уже отмечалось, также меняет их активность.
Дистанционная мембранная регуляция активности внутриклеточных ферментов осуществляется путем доставки субстратов и коферментов, удаления продуктов реакции, ионных и кислотно-щелочных сдвигов в компартментах‚ фосфорилированием ферментов и другими способами. Для животных объектов существенную роль в регуляции активности некоторых ферментов играет аденилатциклазная система, локализованная в мембранах, и циклическая АМФ. Однако присутствие этой системы в растительных клетках до настоящего времени остается дискуссионным. В то же время сдвиги в концентрации кальция выполняют в растительных клетках такую же регуляторную роль, как и в животных. Ионы Са2+‚ взаимодействуя с регуляторным белком кальмодулином‚ активируют протеинкиназы, фосфорилирующие различные белки, что приводит к изменению их функциональной активности. Са2+ специфически необходим для регуляции таких процессов, как движение цитоплазмы, митоз, секреция.
Мембранная регуляция генной активности на уровне репликации, транскрипции, процессинга и трансляции также осуществляется контактным и дистанционным способами. Причем с появлением у эукариот ядерной оболочки значение мембранной регуляции возросло. На возможность контактной регуляции указывают многочисленные связи хромосом эукариот с внутренней мембраной ядер, которые, по-видимому, принимают участие в пространственной организации хромосомного аппарата в нуклеоплазме. Примером контактной регуляции в цитоплазме может служить шероховатый ретикулум, на поверхности мембран которого расположены рибосомы.
Дистанционная мембранная регуляция включает в себя транспорт предшественников синтеза ДНК, РНК и белков, освобождение регуляторных белков. Мембранное управление хромосомным и рибосомальным аппаратами осуществляется также с помощью ионных и кислотно-щелочных сдвигов. Так, активность РНК-полимеразы II синтезирующей мРНК, повышается с увеличением ионной силы до 0,4 моль/л, причем необходимы Мn2+ и рН 7‚5, в то время как ответственная за синтез рРНК РНК-полимераза I максимальную активность развивает при низкой ионной силе в присутствии Мg2+ и при рН 8,5. Эти данные указывают на то, что ионные отношения и рН, зависящие от регуляторной активности мембран, могут быть важным звеном в управлении генным аппаратом. Существует мнение, что сдвиги в ионном гомеостазе клеток в ответ на внешние воздействия служат первичным внутриклеточным индуктором процессов митоза и дифференциальной активности генов. В частности, сдвиг рН в кислую сторону в ряде случаев вызывает деление клеток. Синтез белков также зависит от качественного состава и количественного содержания ионов. Хорошо известна необходимость Мg2+ для сборки рибосом и полирибосом. Инициации трансляции благоприятствует низкая концентрация ионов К+ (NH4+) порядка 30— 50 ммоль/л и рН 7,4— 7,6, а для последующего процесса элонгации полипептида в рибосомальном комплексе оптимальна повышенная концентрация К+ или NH4+ (до 150 ммоль/л) и рН 8,3—8‚4.