Особливості будови, властивості та функції клітинних мембран. Клітинна мембрана: визначення, функції мембран, фізичні властивості

Ні для кого не секрет, що всі живі істоти на нашій планеті складаються їх клітин, цих незліченних «» органічної матерії. Клітини ж в свою чергу оточені спеціальною захисною оболонкою - мембраною, що грає дуже важливу роль в життєдіяльності клітини, причому функції клітинної мембрани не обмежуються тільки лише захистом клітини, а являють собою складний механізм, який бере участь в розмноженні, харчуванні, регенерації клітини.

Що таке клітинна мембрана

Саме слово «мембрана» з латини перекладається як «плівка», хоча мембрана являє собою не просто свого роду плівку, в яку загорнута клітина, а сукупність двох плівок, з'єднаних між собою і мають різні властивості. Насправді клітинна мембрана це тришарова ліпопротеїнова (жиро-білкова) оболонка, яка відокремлює кожну клітину від сусідніх клітин і навколишнього середовища, і що здійснює керований обмін між клітинами і навколишнім середовищем, так звучить академічне визначення того що, являє собою клітинна мембрана.

Значення мембрани просто величезна, адже вона не просто відокремлює одну клітку від іншої, а й забезпечує взаємодію клітини, як з іншими клітинами, так і навколишнім середовищем.

Історія дослідження клітинної мембрани

Важливий внесок у дослідження клітинної мембрани був зроблений двома німецькими вченими Гортером і Гренделем в далекому 1925 році. Саме тоді їм вдалося провести складний біологічний експеримент над червоними кров'яними тільцями - еритроцитами, в ході яких учені отримали так звані «тіні», порожні оболонки еритроцитів, які склали в одну стопку і виміряли площу поверхні, а також вирахували кількість ліпідів в них. На підставі отриманої кількості ліпідів вчені прийшли до висновку, що їх якраз хапаємо на подвійний шар клітинної мембрани.

У 1935 році ще одна пара дослідників клітинної мембрани, на цей раз американці Даніель і Доусон після цілої серії довгих експериментів встановили вміст білка в клітинній мембрані. Інакше ніяк не можна було пояснити, чому мембрана володіє таким високим показником поверхневого натягу. Вчені дотепно представили модель клітинної мембрани у вигляді сендвіча, в якому роль хліба грають однорідні липидо-білкові шари, а між ними замість масла - порожнеча.

У 1950 році з появою електронного теорію Даніеля і Доусона вдалося підтвердити вже практичними спостереженнями - на мікрофотографіях клітинної мембрани були чітко видні шари з ліпідних і білкових головок і також порожній простір між ними.

У 1960 році американський біолог Дж. Робертсон розробив теорію про тришаровому будові клітинних мембран, яка довгий час вважалася єдиною вірною, але з подальшим розвитком науки, стали з'являтися сумніви в її непогрішності. Так, наприклад, з точки зору клітинам було б складно і трудомісткий транспортувати необхідні корисні речовини через весь «сендвіч»

І тільки в 1972 році американські біологи С. Сінгер і Г. Ніколсон змогли пояснити нестиковки теорії Робертсона за допомогою нової рідинно-мозаїчної моделі клітинної мембрани. Зокрема вони встановили що клітинна мембрана не однорідна за своїм складом, більш того - ассиметрична і наповнена рідиною. До того ж клітини перебувають у постійному русі. А горезвісні білки, які входять до складу клітинної мембрани мають різні будови і функції.

Властивості і функції клітинної мембрани

Тепер давайте розберемо, які функції виконує клітинна мембрана:

Бар'єрна функція клітинної мембрани - мембрана як справжнісінький прикордонник, стоїть на сторожі кордонів клітини, затримуючи, не пропускаючи шкідливі або просто невідповідні молекули

Транспортна функція клітинної мембрани - мембрана є не тільки прикордонником біля воріт клітини, але і своєрідним митним пропускним пунктом, через неї постійно проходить обмін корисними речовинами з іншими клітинами і навколишнім середовищем.

Матрична функція - саме клітинна мембрана визначає розташування відносно один одного, регулює взаємодію між ними.

Механічна функція - відповідає за обмеження однієї клітини від іншого і паралельно за правильно з'єднання клітин один з одним, за формування їх в однорідну тканину.

Захисна функція клітинної мембрани є основою для побудови захисного щита клітини. У природі прикладом цієї функції може бути тверда деревина, щільна шкірка, захисний панцир у, все це завдяки захисної функції мембрани.

Ферментативна функція - ще одна важлива функція, здійснювана деякими білками клітини. Наприклад, завдяки цій функції в епітелії кишечника відбувається синтез травних ферментів.

Також крім усього цього через клітинну мембрану здійснюється клітинний обмін, який може проходити трьома різними реакціями:

Фагоцитоз - це клітинний обмін, при якому вбудовані в мембрану клітини-фагоцити захоплюють і перетравлюють різні поживні речовини.
Пиноцитоз - являє собою процес захоплення мембраною клітини, які стикаються з нею молекули рідини. Для цього на поверхні мембрани утворюються спеціальні вусики, які начебто оточують краплю рідини, утворюючи бульбашка, які згодом «проковтує» мембраною.
Екзоцитоз - являє собою зворотний процес, коли клітина через мембрану виділяє секреторну функціональну рідина на поверхню.

Будова клітинної мембрани

У клітинній мембрані є ліпіди трьох класів:

фосфоліпіди (представляються собою комбінацію жирів і фосфору),
гліколіпіди (являють собою комбінацію жирів і вуглеводів),
холестерол.

Фосфоліпіди і гліколіпіди в свою чергу складаються з гідрофільної голівки, в яку відходять два довгих гідрофобних хвостика. Холестерол ж займає простір між цими хвостиками, не даючи їм згинатися, все це в деяких випадках робить мембрану певних клітин досить жорсткою. Крім усього цього молекули холестеролу впорядковують структуру клітинної мембрани.

Але як би там не було, а найважливішою частиною будови клітинної мембрани є білок, точніше різні білки, які відіграють різні важливі ролі. Незважаючи на різноманітність білків містяться в мембрані є щось, що їх об'єднує - навколо всіх білків мембрани розташовані аннулярная ліпіди. Аннулярная ліпіди - це особливі структуровані жири, які служать своєрідною захисною оболонкою для білків, без якої вони б просто не працювали.

Структура клітинної мембрани має три шари: основу клітинної мембрани складає однорідний рідкий біліпідний шар. Білки ж покривають його з обох сторін на зразок мозаїки. Саме білки крім описаних вище функцій також грають роль своєрідних каналів, по яких крізь мембрану проходять речовини, нездатні проникнути через рідкий шар мембрани. До таких відносяться, наприклад, іони калію і натрію, для їх проникнення через мембрану природою передбачені спеціальні іонні канали клітинних мембран. Іншими словами білки забезпечують проникність клітинних мембран.

Якщо дивитися на клітинну мембрану через мікроскоп, ми побачимо шар ліпідів, утворений маленькими кулястими молекулами за яким плавають немов по морю білки. Тепер ви знаєте, які речовини входять до складу клітинної мембрани.

Клітинна мембрана, відео

І на завершення освітній відео про клітинній мембрані.

Короткий опис:

Сазонов В.Ф. 1_1 Будова клітинної мембрани [Електронний ресурс] // кінезіології, 2009-2018: [сайт]. Дата поновлення: 06.02.2018 ..__. 201_). _Опісано будову та функціонування клітинної мембрани (синоніми: плазмалемма, плазмолемма, біомембран, клітинна оболонка, зовнішня клітинна оболонка, мембрана клітини, цитоплазматична мембрана). Ці початкові відомості необхідні як для цитології, так і для розуміння процесів нервової діяльності: нервового збудження, гальмування, роботи синапсів і сенсорних рецепторів.

Клітинна мембрана (плазм алема або плазм пролема)

визначення поняття

Клітинна мембрана (синоніми: плазмалемма, плазмолемма, цитоплазматическая мембрана, біомембран) - це потрійна ліпопротеїнова (тобто "жиро-білкова") оболонка, яка відокремлює клітину від навколишнього середовища і здійснюється керований обмін і зв'язок між клітиною і навколишнім її середовищем.

Головне в цьому визначенні - не те, що мембрана відокремлює клітину від середовища, а саме те, що вона з'єднує клітку з навколишнім середовищем. Мембрана - це активна структура клітини, вона постійно працює.

Біологічна мембрана - це ультратонка бімолекулярного плівка фосфоліпідів, інкрустована білками і полісахаридами. Ця клітинна структура лежить в основі бар'єрних, механічних і матричних властивостей живого організму (Антонов В.Ф., 1996).

Образне уявлення про мембрані

Мені клітинна мембрана представляетс у вигляді гратчастої огорожі з безліччю дверей в ньому, який оточує якусь територію. Будь-яка дрібна живність може через цей паркан вільно переміщатися туди і назад. Але більші відвідувачі можуть входити тільки через двері, та й то не всякі. У різних відвідувачів ключі тільки від своїх дверей, і через чужі двері вони проходити не можуть. Так ось через цей паркан постійно йдуть потоки відвідувачів туди і назад, тому що головна функція мембрани-паркану подвійна: відокремлювати територію від навколишнього простору і в той же час з'єднувати її з навколишнім простором. Для цього і існує в паркані безліч отворів і дверей - !

властивості мембрани

1. Проникність.

2. напівпроникності (часткова проникність).

3. Виборча (синонім: селективна) проникність.

4. Активна проникність (синонім: активний транспорт).

5. Керована проникність.

Як бачимо, основна властивість мембрани - це її проникність по відношенню до різних речовин.

6. Фагоцітоц і пиноцитоз.

7. Екзоцитоз.

8. Наявність електричних і хімічних потенціалів, точніше різниці потенціалів між внутрішньою і зовнішньою сторонами мембрани. Образно можна сказати, що "Мембрана перетворює клітину в" електричну батарейку "за допомогою управління іонними потоками". подробиці: .

9. Зміни електричного і хімічного потенціалу.

10. Подразливість. Спеціальні молекулярні рецептори, що знаходяться на мембрані, можуть з'єднуватися з сигнальними (керуючими) речовинами, внаслідок чого може змінюватися стан мембрани і всієї клітини. Молекулярні рецептори запускають біохімічні реакції у відповідь на з'єднання з ними лігандів (керуючих речовин). Важливо відзначити, що сигнальне речовина впливає на рецептор зовні, а зміни тривають всередині клітини. Виходить, що мембрана передала інформацію з навколишнього середовища у внутрішнє середовище клітини.

11. Каталитическая ферментативна активність. Ферменти можуть бути вбудовані в мембрану або пов'язані з її поверхнею (як всередині, так і зовні клітини), і там вони здійснюють свою ферментативну діяльність.

12. Зміна форми поверхні і її площі. Це дозволяє мембрані утворювати вирости назовні або, навпаки, впячивания всередину клітини.

13. Здатність утворювати контакти з іншими клітинними мембранами.

14. Адгезія - здатність прилипати до твердих поверхнях.

Короткий список властивостей мембрани

Проникність.
Ендоцитоз, екзоцитоз, трансцитозу.
Потенціали.
Подразливість.
Ферментна активність.
Контакти.
Адгезія.

функції мембрани

1. Неповна ізоляція внутрішнього вмісту від зовнішнього середовища.

2. Головне в роботі клітинної мембрани - це обмін різними речовинами між клітиною і міжклітинної середовищем. Цьому служить така властивість мембрани як проникність. Крім того, мембрана регулює цей обмін за рахунок того, що регулює свою проникність.

3. Ще одна важлива функція мембрани - створення різниці хімічних і електричних потенціалів між її внутрішньою і зовнішньою сторонами. За рахунок цього усередині клітина має негативний електричний потенціал -.

4. Через мембрану здійснюється також інформаційний обмін між клітиною і навколишнім її середовищем. Спеціальні молекулярні рецептори, розташовані на мембрані, можуть зв'язуватися з керуючими речовинами (гормонами, медіаторами, модуляторами) і запускати в клітці біохімічні реакції, що призводять до різних змін в роботі клітини або в її структурах.

Відео:Будова мембрани клітини

відеолекція:Детально про будову мембрани і транспорті

будова мембрани

Клітинна мембрана має універсальне тришарове будова. Її серединний жировий шар є суцільним, а верхній і нижній білкові шари покривають його у вигляді мозаїки з окремих білкових ділянок. Жировий шар є основою, що забезпечує відокремлення клітини від навколишнього середовища, ізолюючої її від навколишнього середовища. Сам по собі він дуже погано пропускає водорозчинні речовини, але легко пропускає жиророзчинні. Тому проникність мембрани для водорозчинних речовин (наприклад, іонів), доводиться забезпечувати спеціальними білковими структурами - і.

Нижче представлені мікрофотографії реальних клітинних мембран контактують клітин, отримані за допомогою електронного мікроскопа, а також схематичний малюнок, який показує трёхслойность мембрани і мозаїчність її білкових шарів. Для збільшення зображення клікніть на нього.

Окреме зображення внутрішнього ліпідного (жирового) шару клітинної мембрани, пронизаного інтегральними вбудованими білками. Верхній і нижній білкові шари видалені, щоб не заважати розгляду ліпідного подвійного шару

Малюнок вище: Неповна схематичне зображення клітинної мембрани (клітинної оболонки), наведене у Вікіпедії.

Врахуйте, що зовнішній і внутрішній білкові шари тут з мембрани зняті, щоб нам краще було видно центральний жирової подвійний ліпідний шар. У реальному клітинній мембрані зверху і знизу по жирової плівкою (дрібні кульки на малюнку) плавають великі білкові "острова", і мембрана виходить товщою, тришарової: білок-жир-білок . Так що вона насправді схожа на сендвіч з двох білкових "шматків хліба" з жирним шаром "масла" посередині, тобто має тришарове будова, а не двошарове.

На цьому малюнку маленькі блакитні і білі кульки відповідають гідрофільним (змочуваним) «голівках» ліпідів, а приєднані до них «ниточки» - гідрофобним (несмачіваемих) «хвостів». З білків показані тільки інтегральні наскрізні мембранні білки (червоні глобули і жовті спіралі). Жовті овальні точки всередині мембрани - це молекули холестеролу Жовто-зелені ланцюжка намистин на зовнішній стороні мембрани - ланцюжки олигосахаридов, що формують гликокаликс. Гликокаликс - це як би вуглеводний ( "цукровий") "пушок" на мембрані, утворений стирчать з неї довгими вуглеводно-білковими молекулами.

Жива - це маленький «білково-жировий мішечок», заповнений напіврідким желеподібним вмістом, яке пронизане плівками і трубочками.

Стінки цього мішечка утворені подвійний жировий (ліпідної) плівкою, обліпленої зсередини і зовні білками - клітинної мембраною. Тому кажуть, що мембрана має тришарове будова : білки-жири-білки. Усередині клітини також є безліч подібних жирових мембран, які ділять її внутрішній простір на відсіки. Такими ж мембранами оточені клітинні органели: ядро, мітохондрії, хлоропласти. Так що мембрана - це універсальна молекулярна структура, властива всім клітинам і всім живим організмам.

Зліва - вже не реальна, а штучна модель шматочка біологічної мембрани: це миттєвий знімок жирового фосфолипидного бислоя (тобто подвійного шару) в процесі його молекулярно-динамічного моделювання. Показана розрахункова осередок моделі - 96 молекул ФГ ( фосфатіділ холіна) і 2304 молекули води, всього 20544 атомів.

Праворуч - наочна модель одиночної молекули того самого ліпіду, з яких якраз і збирається мембранний ліпідний бішар. Вгорі у нього гидрофильная (водолюбних) головка, а знизу - два гідрофобних (бояться води) хвостика. У цього ліпіду є просту назву: 1-стероіл-2-докозагексаеноіл-Sn-гліцеро-3-фосфатидилхолін (18: 0/22: 6 (n-3) cis ФГ), але вам немає потреби його запам'ятовувати, якщо ви тільки не плануєте довести свого викладача до непритомності глибиною своїх знань.

Можна дати і більш точне наукове визначення клітці:

- це обмежена активною мембраною, упорядкована, структурована неоднорідна система біополімерів, які беруть участь в єдиній сукупності обмінних, енергетичних та інформаційних процесів, і також здійснюють підтримку і відтворення всієї системи в цілому.

Усередині клітина також пронизана мембранами, а між мембранами знаходиться не вода, а в'язкий гель / золь змінною щільності. Тому взаємодіючі молекули в клітці не плавають вільно, як в пробірці з водним розчином, а в основному сидять (іммобілізовані) на полімерних структурах цитоскелету або внутрішньоклітинних мембранах. І хімічні реакції тому проходять всередині клітини майже як в твердому тілі, а не в рідини. Зовнішня мембрана, що оточує клітину, також обліплена ферментами і молекулярними рецепторами, що робить її дуже активною частиною клітини.

Клітинна мембрана (плазмалемма, плазмолемма) - це активна оболонка, яка відокремлює клітину від навколишнього середовища і зв'язує її з навколишнім середовищем. © Сазонов В.Ф., 2016.

З цього визначення мембрани слід, що вона не просто обмежує клітку, а активно працює, Пов'язуючи її з навколишнім її середовищем.

Жир, з якого складаються мембрани, - особливий, тому його молекули прийнято називати не просто жиром, а «Ліпідами», «фосфолипидами», «Сфинголипидами». Мембранна плівочка є подвійний, т. Е. Вона складається з двох пленочек, злиплих один з одним. Тому в підручниках пишуть, що основа клітинної мембрани складається з двох ліпідних шарів (або з " бислоя", Тобто подвійного шару). У кожного окремо взятого ліпідного шару одна сторона може смачиваться водою, а інша - не може. Так ось, ці пленочки злипаються один з одним саме своїми змочуються сторонами.

мембрана бактерій

Оболонка клітини прокаріотів грамнегативнихбактерій складається з декількох шарів, показаних на малюнку нижче.
Шари оболонки грамнегативних бактерій:
1. Внутрішня тришарова цитоплазматична мембрана, яка стикається з цитоплазмою.
2. Клітинна стінка, яка складається з муреина.
3. Зовнішня тришарова цитоплазматична мембрана, яка має таку ж систему ліпідів з білковими комплексами, як і внутрішня мембрана.
Спілкування грамнегативних бактеріальних клітин із зовнішнім світом через таку складну триступеневу структуру не дає їм переваги у виживанні в суворих умовах в порівнянні з грампозитивних бактеріями, що мають менш потужну оболонку. Вони точно так само погано переносять високі температури, підвищену кислотність і перепади тиску.

відеолекція: Плазматична мембрана. Е.В. Шеваль, к.б.н.

відеолекція: Мембрана як клітинна межа. А. Іляскін

Важливість іонних каналів мембрани

Легко зрозуміти, що через мембранну жирову плівку можуть проникати в клітку тільки жиророзчинні речовини. Це жири, спирти, гази. Наприклад, в ерітроцітх прямо через мембрану легко проходять всередину і назовні кисень і вуглекислий газ. А ось вода і водорозчинні речовини (наприклад, іони) просто так через мембрану не можуть пройти всередину будь-якої клітини. Це означає, що для них потрібні спеціальні отвори. Але якщо просто зробити отвір в жировій плівці, то воно тут же затягнеться назад. Що ж робити? Вихід в природі був знайдений: треба зробити спеціальні білкові транспортні структури і протягнути їх крізь мембрану. Саме так і виходять канали для пропускання не розчинні в жирі речовин - іонні канали мембрани клітини.

Отже, для додання своїй мембрані додаткових властивості проникності для полярних молекул (іонів і води) клітина синтезує в цитоплазмі спеціальні білки, які потім вбудовуються в мембрану. Вони бувають двох типів: білки-транспортери (Наприклад, транспортні АТФази) і білки-каналоформери (Просвітників каналів). Ці білки вбудовуються в подвійний жировий шар мембрани і формують транспортні структури у вигляді транспортерів або у вигляді іонних каналів. Через ці транспортні структури тепер можуть проходити різні водорозчинні речовини, які по-іншому проходити крізь жирову мембранну плівку не можуть.

Взагалі, вбудовані в мембрану білки ще називаються інтегральними, Саме тому що вони як би включаються до складу мембрани і пронизують її наскрізь. Інші білки, що не інтегральні, утворюють як би острова, «плаваючі» по поверхні мембрани: або по її зовнішньої поверхні, або по внутрішній. Адже всім відомо, що жир є хорошою мастилом і ковзати по ньому виходить легко!

висновки

1. В цілому, мембрана виходить тришарової:

1) зовнішній шар з білкових «островів»,

2) жирове двошарове «море» (ліпідний бішар), тобто подвійна ліпідна плівка,

3) внутрішній шар з білкових «островів».

Але є ще пухкий зовнішній шар - гликокаликс, який утворюють стирчать з мембрани глікопротеїни. Вони є молекулярними рецепторами, з якими зв'язуються сигнальні керуючі речовини.

2. У мембрану вбудовані спеціальні білкові структури, що забезпечують її протіцаемость для іонів або інших речовин. Не треба забувати, що в деяких місцях жирове море пронизане інтегральними білками наскрізь. І саме інтегральні білки утворюють спеціальні транспортні структури клітинної мембрани (дивіться розділ 1_2 Транспортні механізми мембрани). Через них речовини потрапляють всередину клітини, а також виводяться з клітини назовні.

3. З будь-якого боку мембрани (зовнішньої і внутрішньої), а також всередині мембрани можуть розташовуватися білки-ферменти, які впливають і на стан самої мембрани і на життя всієї клітини.

Так що мембрана клітини - це активна мінлива структура, яка активно працює в інтересах всієї клітини і пов'язує її з навколишнім світом, а не просто є "захисною оболонкою". Це - найважливіше, що треба знати про клітинну мембрану.

У медицині мембранні білки часто використовуються як "мішені" для лікарських засобів. В якості таких мішеней виступають рецептори, іонні канали, ферменти, транспортні системи. Останнім часом крім мембрани мішенню для лікарських речовин стають також гени, заховані в клітинному ядрі.

Відео:Введення в біофізику клітинної мембрани: Структура мембран 1 (Владимиров Ю.А.)

Відео:Історія, будова і функції клітинної мембрани: Структура мембран 2 (Владимиров Ю.А.)

Основна структурна одиниця живого організму - клітина, яка є диференційованим ділянкою цитоплазми, оточеною клітинною мембраною. З огляду на те що клітина виконує безліч найважливіших функцій, таких, як розмноження, харчування, рух, оболонка повинна бути пластичною і щільною.

Історія відкриття і дослідження клітинної мембрани

У 1925 році Гренделем і Ґордер був поставлений успішний експеримент по виявленню «тіней» еритроцитів, або порожніх оболонок. Незважаючи на кілька допущених грубих помилок, вченими було вироблено відкриття ліпідного бішару. Їхні праці продовжили Даніелла, Доусон в 1935 році, Робертсон в 1960 році. В результаті багаторічної роботи і накопичення аргументів в 1972 році Зінгер зі Ніколсон створили рідинно-мозаїчну модель будови мембрани. Подальші досліди і дослідження підтвердили праці вчених.

значення

Що ж являє собою клітинна мембрана? Це слово стало використовуватися більш ста років тому, в перекладі з латинської воно означає «плівка», «шкірка». Так позначають кордон клітини, що є природним бар'єром між внутрішнім вмістом і зовнішнім середовищем. Будова клітинної мембрани передбачає напівпроникливості, завдяки якій волога і поживні речовини і продукти розпаду вільно можуть проходити крізь неї. Цю оболонку можна назвати основною структурною складовою організації клітини.

Розглянемо основні функції клітинної мембрани

1. Розділяє внутрішній вміст клітини і компоненти зовнішнього середовища.

2. Сприяє підтримці постійного хімічного складу клітини.

3. Регулює правильний обмін речовин.

4. Забезпечує взаємозв'язок між клітинами.

5. Розпізнає сигнали.

6. Функція захисту.

"Плазмова оболонка"

Зовнішня клітинна мембрана, яка називається також плазмової, являє собою ультрамікроскопічних плівку, товщина якої становить від п'яти до семи наномілліметров. Вона складається переважно з білкових з'єднань, фосфолідов, води. Плівка є еластичною, легко вбирає воду, а також стрімко відновлює свою цілісність після ушкоджень.

Відрізняється універсальним будовою. Ця мембрана займає прикордонне положення, бере участь в процесі виборчої проникності, виведенні продуктів розпаду, синтезує їх. Взаємозв'язок з «сусідами» і надійний захист внутрішнього вмісту від пошкодження робить її важливою складовою в такому питанні, як будова клітини. Клітинна мембрана тваринних організмів іноді виявляється покритою тонким шаром - гликокаликсом, до складу якого входять білки і полісахариди. Рослинні клітини зовні від мембрани захищені клітинною стінкою, яка виконує функції опори і підтримки форми. Основний компонент її складу - це клітковина (целюлоза) - полісахарид, не розчинний у воді.

Таким чином, зовнішня клітинна мембрана виконує функцію відновлення, захисту та взаємодії з іншими клітинами.

Будова клітинної мембрани

Товщина цієї рухомий оболонки варіюється в межах від шести до десяти наномілліметров. Клітинна мембрана клітини має особливий склад, основою якого служить ліпідний бішар. Гідрофобні хвости, інертні до води, розміщені з внутрішньої сторони, в той час як гідрофільні головки, які взаємодіють з водою, звернені назовні. Кожен липид представляє фосфолипид, який є результатом взаємодії таких речовин, як гліцерин і сфингозин. Ліпідний каркас тісно оточують білки, які розташовані несуцільним шаром. Деякі з них занурені в ліпідний шар, інші проходять крізь нього. В результаті цього утворюються проникні для води ділянки. Виконуються цими білками функції різні. Деякі з них є ферментами, інші - транспортними білками, які переносять різні речовини із зовнішнього середовища на цитоплазму і назад.

Клітинна мембрана наскрізь пронизана і тісно пов'язана інтегральними білками, а з переферическое зв'язок менш міцна. Ці білки виконують важливу функцію, яка полягає в підтримці структури мембрани, отриманні і перетворенні сигналів з навколишнього середовища, транспорті речовин, каталізації реакцій, які відбуваються на мембранах.

склад

Основу клітинної мембрани являє бімолекулярний шар. Завдяки його безперервності клітина має бар'єрне та механічне властивості. На різних етапах життєдіяльності даний бислой може порушитися. Внаслідок цього утворюються структурні дефекти наскрізних гідрофільних пір. У такому випадку можуть змінюватися абсолютно всі функції такої складової, як клітинна мембрана. Ядро при цьому може постраждати від зовнішніх впливів.

властивості

Клітинна мембрана клітини має цікаві особливості. Завдяки плинності ця оболонка не є жорсткою структурою, а основна частина білків і ліпідів, які входять до її складу, вільно переміщається на площині мембрани.

В цілому клітинна мембрана асиметрична, тому склад білкових і ліпідних шарів різниться. Плазматичні мамбран в тваринних клітинах зі своєю зовнішньої сторони мають глікопротеїновий шар, який виконує рецепторні і сигнальні функції, а також відіграє велику роль в процесі об'єднання клітин у тканину. Клітинна мембрана є полярною, тобто на зовнішній стороні заряд позитивний, а з внутрішньої сторони - негативний. Крім усього перерахованого, оболонка клітини володіє виборчої проникливістю.

Це означає, що крім води в клітину пропускається тільки певна група молекул і іонів розчинилися речовин. Концентрація такої речовини, як натрій, в більшості клітин значно нижче, ніж у зовнішньому середовищі. Для іонів калію характерно інше співвідношення: їх кількість в клітині набагато вище, ніж у навколишньому середовищі. У зв'язку з цим іонів натрію притаманне прагнення проникнути в клітинну оболонку, а іони калію прагнуть звільнитися назовні. За даних обставин мембрана активізує особливу систему, що виконує «насосну» роль, вирівнюючи концентрацію речовин: іони натрію відкачуються на поверхню клітини, а іони калію накачуються всередину. Дана особливість входить в найважливіші функції клітинної мембрани.

Подібне прагнення іонів натрію і калію переміститися всередину з поверхні відіграє велику роль в питанні транспортування цукру і амінокислот в клітку. В процесі активного видалення іонів натрію з клітини мембрана створює умови для нових надходжень глюкози і амінокислот всередину. Навпаки, в процесі перенесення іонів калію всередину клітини поповнюється число "транспортувальників" продуктів розпаду зсередини клітини в зовнішнє середовище.

Як відбувається живлення клітини через клітинну мембрану?

Багато клітини поглинають речовини за допомогою таких процесів, як фагоцитоз і піноцитозу. При першому варіанті гнучкою зовнішньою мембраною створюється невелике заглиблення, в якому виявляється захоплююча частка. Потім діаметр поглиблення стає більше, поки оточена частка не потрапить в клітинну цитоплазму. За допомогою фагоцитозу підживлюються деякі найпростіші, наприклад амеби, а також кров'яні тільця - лейкоцити і фагоцити. Аналогічним чином клітини поглинають рідину, яка містить необхідні корисні речовини. Таке являніе носить назву пиноцитоз.

Зовнішня мембрана тісно з'єднана з ендоплазматичної мережею клітини.

У багатьох типів основних складових тканини на поверхні мембрани розташовані виступи, складки, мікроворсинки. Рослинні клітини зовні цієї оболонки покриті ще однієї, товстої і чітко помітною в мікроскоп. Клітковина, з якої вони складаються, допомагає формувати опору тканин рослинного походження, наприклад, деревину. Клітини тварин також мають ряд зовнішніх структур, які знаходяться поверх клітинної мембрани. Вони носять виключно захисний характер, приклад тому - хітин, що міститься в покривних клітинах комах.

Крім клітинної, існує внутрішньоклітинна мембрана. Її функція полягає в поділі клітини на кілька спеціалізованих замкнених відсіків - компартментов або органел, де повинна підтримуватися певне середовище.

Таким чином, неможливо переоцінити роль такої складової основної одиниці живого організму, як клітинна мембрана. Будова і функції передбачають істотне розширення загальної площі поверхні клітини, поліпшення обмінних процесів. До складу цієї молекулярної структури входять білки і ліпіди. Відокремлюючи клітину від зовнішнього середовища, мембрана забезпечує її цілісність. З її допомогою міжклітинні зв'язки підтримуються на достатньо міцному рівні, утворюючи тканини. У зв'язку з цим можна зробити висновок, що одну з найважливіших ролей в клітці грає клітинна мембрана. Будова і функції, виконувані нею, радикально відрізняються в різних клітинах, в залежності від їх призначення. За допомогою цих особливостей досягається різноманітність фізіологічної активності клітинних оболонок і їх ролей в існуванні клітин і тканин.

Універсальна біологічна мембрана утворена подвійним шаром молекул фосфоліпідів загальною товщиною 6 мкм. При цьому гідрофобні хвости молекул фосфоліпідів звернені всередину, назустріч один одному, а полярні гідрофільні головки звернені назовні мембрани, назустріч воді. Ліпіди забезпечують основні фізико-хімічні властивості мембран, зокрема, їх текучість при температурі тіла. В цей подвійний шар ліпідів вбудовані білки.

Їх поділяють на інтегральні (Пронизують весь бислой ліпідів), полуінтегральние (Проникають до половини ліпідного бішару), або поверностние (розташовуються на внутрішній або зовнішній поверхні ліпідного бішару).

При цьому білкові молекули розташовуються в ліпідному Біслі мозаїчно і можуть «плавати» в «липидном море» на зразок айсбергів, завдяки плинності мембран. За своєю функцією ці білки можуть бути структурними(Підтримувати певну структуру мембрани), рецепторними (Утворювати рецептори біологічно активних речовин), транспортними (Здійснюють транспорт речовин через мембрану) і ферментними (Каталізують певні хімічні реакції). Ця найбільш визнана в даний час рідинно-мозаїчна модель біологічної мембрани була запропонована в 1972 р Singer і Nikolson.

Мембрани виконують в клітці розмежувальну функцію. Вони поділяють клітину на відсіки, компартменти, в яких процеси і хімічні реакції можуть йти незалежно один від одного. Наприклад, агресивні гідролітичні ферменти лізосом, здатні розщеплювати більшість органічних молекул, відокремлені від решти цитоплазми за допомогою мемрани. У разі її руйнування відбувається самопереваривание і загибель клітини.

Маючи загальний план будови, різні біологічні мембрани клітини відрізняються за своїм хімічним складом, організації і властивостям, в залежності від функцій структур, які вони утворюють.

Плазматична мембрана, будова, функції.

Цитолемма - біологічна мембрана, що оточує клітину ззовні. Це найтовстіша (10 нм) і складно організована мембрана клітини. В її основі лежить універсальна біологічна мембрана, покрита зовні гликокаликсом, А зсередини, з боку цитоплазми, подмембранним шаром (Ріс.2-1Б). Гликокаликс (3-4 нм товщини) представлений зовнішніми, вуглеводними ділянками складних білків - глікопротеїнів і гліколіпідів, що входять до складу мембрани. Ці вуглеводні ланцюжки грають роль рецепторів, які забезпечують розпізнавання кліткою сусідніх клітин і межклеточого речовини і взаємодію з ними. В цей шар також входять поверхневі і полуінтегральние білки, функціональні ділянки яких знаходяться в надмембранний зоні (наприклад, імуноглобуліни). У глікокаліксі знаходяться рецептори гістосумісності, рецептори багатьох гормонів і нейромедіаторів.

Подмембранний, кортикальний шар утворений мікротрубочками, мікрофібрилами і скоротливості микрофиламентами, які є частиною цитоскелета клітини. Подмембранний шар забезпечує підтримку форми клітини, створення її пружності, забезпечує зміни клітинної поверхні. За рахунок цього клітина бере участь в ендо- та екзоцитозу, секреції, русі.

цитолемма виконує безліч функцій:

1) розмежувальна (цитолемма відокремлює, відмежовує клітку від навколишнього середовища і забезпечує її зв'язок із зовнішнім середовищем);

2) розпізнавання даної клітиною інших клітин і прикріплення до них;

3) розпізнавання кліткою міжклітинної речовини і прикріплення до її елементів (волокнам, базальній мембрані);

4) транспорт речовин і частинок в цитоплазму і з неї;

5) взаємодія з сигнальними молекулами (гормонами, медіаторами, цитокінами) завдяки наявності на її поверхні специфічних рецепторів до них;

забезпечує рух клітини (освіта псевдоподий) завдяки зв'язку цітолемми з сократимостью елементами цитоскелету.

У цитолемме розташовані численні рецептори, Через які біологічно активні речовини ( ліганди, сигнальні молекули, перші посередники: Гормони, медіатори, фактори росту) діють на клітину. Рецептори є генетично детерміновані макромолекулярні сенсори (білки, глико- і ліпопротеїни) вбудовані в цитолемму або розташовані всередині клітини і спеціалізовані на сприйнятті специфічних сигналів хімічної або фізичної природи. Біологічно активні речовини при взаємодії з рецептором викликають каскад біохімічних змін в клітці, трансформуючись при цьому в конкретний фізіологічний відповідь (зміна функції клітини).

Всі рецептори мають загальний план будови і складаються з трьох частин: 1) надмебранной, що здійснює взаємодію з речовиною (лігандом); 2) внутрімембранной, що здійснює перенесення сигналу і 3) внутрішньоклітинної, зануреної в цитоплазму.

Види міжклітинних контактів.

Цитолемма бере участь також в утворенні спеціальних структур - міжклітинних з'єднань, контактів, Які забезпечують тісний контакт між поруч розташованими клітинами. розрізняють прості і складні міжклітинні з'єднання. В простих міжклітинних з'єднаннях цітолемми клітин зближуються на відстань 15-20 нм і молекули їх гликокаликса взаємодіють один з одним (рис. 2-3). Іноді випинання цітолемми однієї клітини входить в поглиблення сусідньої клітки, утворюючи зубчасті та пальцевидні з'єднання (з'єднання «по типу замка»).

складні міжклітинні з'єднання бувають декількох видів: замикаючі, зчіплюючі і комунікаційні (Рис. 2-3). До замикаючимз'єднанням відносять щільний контактабо замикає зону. При цьому інтегральні білки гликокаликса сусідніх клітин утворюють подобу комірчастої мережі по периметру сусідніх епітеліальних клітин в їх апікальних частинах. Завдяки цьому міжклітинні щілини закриваються, відмежовуються від зовнішнього середовища (рис. 2-3).

Мал. 2-3. Різні типи міжклітинних з'єднань.

Просте з'єднання.
Щільне з'єднання.
Адгезивний поясок.
Десмосоми.
Полудесмосомами.
Щілинне (комунікаційне) з'єднання.
Мікроворсинки.

(За Ю. І. Афанасьєва, Н. А. Юріної).

До зчіплюються, Заякоревающім з'єднанням відносять адгезивний поясок і десмосоми. адгезивний поясок розташовується навколо апікальних частин клітин одношарового епітелію. У цій зоні інтегральні глікопротеїди гликокаликса сусідніх клітин взаємодіють між собою, а до них з боку цитоплазми підходять подмембранние білки, що включають пучки Актинові мікрофіламентів. Десмосоми (плями зчеплення) - парні структури розміром близько 0,5 мкм. У них глікопротеїди цітолемми сусідніх клітин тісно взаємодіють, а з боку клітин в цих ділянках в цитолемму вплітаються пучки проміжних філаментів цитоскелета клітин (рис. 2-3).

До комунікаційним з'єднанням відносять щілиновидні з'єднання (Нексус) і синапси. Нексус мають розмір 0,5-3 мкм. У них цітолемми сусідніх клітин зближуються до 2-3 нм і мають численні іонні канали. Через них іони можуть переходити з однієї клітини в іншу, передаючи збудження, наприклад, між клітинами міокарда. синапси характерні для нервової тканини і зустрічаються між нервовими клітинами, а також між нервовими і ефекторними клітинами (м'язовими, залозистими). Вони мають синаптичну щілину, куди при проходженні нервового імпульсу з пресинаптичної частини синапсу викидається нейромедіатор, що передає нервовий імпульс на іншу клітину (докладніше див. У розділі «Нервова тканина»).

Має товщину 8-12 нм, тому розглянути її в світловий мікроскоп неможливо. Будова мембрани вивчають за допомогою електронного мікроскопа.

Плазматична мембрана утворена двома шарами ліпідів - біліпідний шаром, або бішару. Кожна молекула складається з гідрофільної голівки і гідрофобного хвоста, причому в біологічних мембранах ліпіди розташовані головками назовні, хвостами всередину.

У біліпідний шар занурені численні молекули білків. Одні з них знаходяться на поверхні мембрани (зовнішньої чи внутрішньої), інші пронизують мембрану.

Функції плазматичноїмембрани

Мембрана захищає вміст клітини від ушкоджень, підтримує форму клітини, вибірково пропускає необхідні речовини всередину клітини і виводить продукти обміну, а також забезпечує зв'язок клітин між собою.

Бар'єрну, отграничительной функцію мембрани забезпечує подвійний шар ліпідів. Він не дає вмісту клітини розтікатися, змішуватися з навколишнім середовищем або міжклітинної рідиною, і перешкоджає проникненню в клітину небезпечних речовин.

Ряд найважливіших функцій цитоплазматичної мембрани здійснюється за рахунок занурених в неї білків. За допомогою білків-рецепторів може сприймати різні роздратування на свою поверхню. Транспортні білки утворюють найтонші канали, за якими всередину клітини і з неї проходять іони калію, кальцію, і інші іони малого діаметра. Білки забезпечують процеси життєдіяльності в самій.

Великі харчові частинки, які не здатні пройти через тонкі мембранні канали, потрапляють всередину клітини шляхом фагоцитозу або піноцитозу. Загальна назва цих процесів - ендоцитоз.

Як відбувається ендоцитоз - проникнення великих харчових частинок в клітку

Харчова частка стикається з зовнішньою мембраною клітини, і в цьому місці утворюється впячивание. Потім частка, оточена мембраною, потрапляє всередину клітини, утворюється травна, і всередину утворився бульбашки проникають травні ферменти.

Лейкоцити крові, здатні захоплювати і перетравлювати чужорідні бактерії, називаються фагоцитами.

У разі пиноцитоза впячиванием мембрани захоплювати не тверді частинки, а крапельки рідини з розчиненими в ній речовинами. Цей механізм є одним з основних шляхів проникнення речовин в клітку.

Клітини рослин, покриті поверх мембрани твердим шаром клітинної стінки, не здатні до фагоцитозу.

Процес, зворотний ендоцитозу, - екзоцитоз. Синтезовані речовини (наприклад, гормони) упаковуються в мембранні пухирці, підходять до, вбудовуються в неї, і вміст пляшечки викидається з клітини. Таким чином клітина може позбавлятися і від непотрібних продуктів обміну.