Кратко описание:

Сазонов В.Ф. 1_1 Структурата на клетъчната мембрана [Електронен ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [сайт]. Актуализирана дата: 06.02.2018 г. ..__. 201_). _Описана е структурата и функционирането на клетъчната мембрана (синоними: плазмалема, плазмолема, биомембрана, клетъчна мембрана, външна клетъчна мембрана, клетъчна мембрана, цитоплазмена мембрана). Тази първоначална информация е необходима както за цитологията, така и за разбирането на процесите на нервната дейност: нервно възбуждане, инхибиране, работата на синапсите и сензорните рецептори.

Клетъчна мембрана (плазма алема или плазма Олема)

Определение на понятието

Клетъчната мембрана (синоними: плазмалема, плазмолема, цитоплазмена мембрана, биомембрана) е тройна липопротеинова (т.е. „мазнина-протеин“) мембрана, която разделя клетката от заобикаляща средаи осъществяване на контролиран обмен и комуникация между клетката и нейната среда.

Основното в това определение не е, че мембраната отделя клетката от околната среда, а именно че тя свързва клетка с околната среда. Мембраната е активен структурата на клетката, тя постоянно работи.

Биологичната мембрана е ултратънък бимолекулен филм от фосфолипиди, инкрустиран с протеини и полизахариди. Тази клетъчна структура е в основата на бариерните, механичните и матриксните свойства на живия организъм (Антонов В.Ф., 1996).

Образно представяне на мембраната

За мен клетъчната мембрана изглежда като решетъчна ограда с много врати в нея, която обгражда определена територия. Всяко малко живо същество може свободно да се движи напред-назад през тази ограда. Но по-големите посетители могат да влизат само през вратите и дори тогава не всички. Различните посетители имат ключове само за собствените си врати и не могат да минат през вратите на други хора. И така, през тази ограда има непрекъснати потоци от посетители напред-назад, защото основната функция на мембранната ограда е двойна: да отделя територията от околното пространство и в същото време да я свързва с околното пространство. За това има много дупки и врати в оградата - !

Свойства на мембраната

1. Пропускливост.

2. Полупропускливост (частична пропускливост).

3. Селективна (синоним: селективна) пропускливост.

4. Активна пропускливост (синоним: активен транспорт).

5. Контролирана пропускливост.

Както можете да видите, основното свойство на мембраната е нейната пропускливост за различни вещества.

6. Фагоцитоза и пиноцитоза.

7. Екзоцитоза.

8. Наличието на електрически и химични потенциали, по-точно потенциалната разлика между вътрешната и външната страна на мембраната. Образно можем да кажем това "мембраната превръща клетката в "електрическа батерия", като контролира йонните потоци"... Подробности: .

9. Промени в електрическия и химичния потенциал.

10. Раздразнителност. Специални молекулярни рецептори, разположени върху мембраната, могат да се свързват със сигнални (контролни) вещества, в резултат на което състоянието на мембраната и цялата клетка може да се промени. Молекулните рецептори предизвикват биохимични реакции в отговор на комбинацията от лиганди (контролни вещества) с тях. Важно е да се отбележи, че сигналното вещество действа върху рецептора отвън и промените продължават вътре в клетката. Оказва се, че мембраната предава информация от околната среда към вътрешната среда на клетката.

11. Каталитична ензимна активност. Ензимите могат да бъдат вградени в мембраната или свързани с нейната повърхност (както вътре, така и извън клетката) и там осъществяват своята ензимна активност.

12. Промяна на формата на повърхността и нейната площ. Това позволява на мембраната да образува израстъци навън или, обратно, инвагинация в клетката.

13. Способност за образуване на контакти с други клетъчни мембрани.

14. Адхезията е способността за прилепване към твърди повърхности.

Кратък списък от свойства на мембраната

• Пропускливост.
• Ендоцитоза, екзоцитоза, трансцитоза.
• Потенциали.
• Раздразнителност.
• Ензимна активност.
• Контакти.
• Адхезия.

Функции на мембраната

1. Непълна изолация на вътрешното съдържание от външната среда.

2. Основното в работата на клетъчната мембрана е обмен различни вещества между клетката и междуклетъчната среда. Това се дължи на такова свойство на мембраната като пропускливост. Освен това мембраната регулира този обмен, като регулира неговата пропускливост.

3. Друга важна функция на мембраната е създаване на разлика в химичните и електрическите потенциали между вътрешната и външната му страна. Поради това вътрешността на клетката има отрицателен електрически потенциал -.

4. През мембраната също се извършва обмен на информация между клетката и нейната среда. Специални молекулярни рецептори, разположени върху мембраната, могат да се свързват с контролиращи вещества (хормони, медиатори, модулатори) и да задействат биохимични реакции в клетката, водещи до различни промени във функционирането на клетката или в нейните структури.

Видео:Структура на клетъчната мембрана

Видео лекция:Подробности за структурата на мембраната и транспорта

Мембранна структура

Клетъчната мембрана е универсална трислоен структура. Средният му мастен слой е непрекъснат, а горният и долният протеинови слоеве го покриват под формата на мозайка от отделни белтъчни зони. Мастният слой е основата, която осигурява изолирането на клетката от околната среда, като я изолира от околната среда. Сам по себе си той много слабо пропуска водоразтворимите вещества, но лесно пропуска мастноразтворими вещества. Следователно, пропускливостта на мембраната за водоразтворими вещества (например йони) трябва да бъде осигурена със специални протеинови структури - и.

По-долу са представени фотомикрографии на реални клетъчни мембрани на контактуващи клетки, получени с помощта на електронен микроскоп, както и схематичен чертеж, показващ трислойната мембрана и мозайчността на нейните протеинови слоеве. За да увеличите изображението, кликнете върху него.

Отделно изображение на вътрешния липиден (мазен) слой на клетъчната мембрана, пропит с интегрални вградени протеини. Горният и долният протеинови слоеве се отстраняват, за да не пречат на гледането на липидния двуслой

Фигура по-горе: Непълно схематично представяне на клетъчната мембрана (клетъчната стена), както е показано в Wikipedia.

Имайте предвид, че външният и вътрешният протеинов слой са отстранени от мембраната, за да можем по-добре да видим централния мастен двоен липиден слой. В истинска клетъчна мембрана големи протеинови "островове" плуват отгоре и отдолу по мастния филм (малки топчета на фигурата) и мембраната се оказва по-дебела, трислойна: протеини-мазнини-протеини ... Така всъщност изглежда като сандвич от две белтъчни "филии хляб" с дебел слой "масло" в средата, т.е. има трислойна структура, а не двуслойна.

На тази фигура малки сини и бели глобули съответстват на хидрофилни (умокряеми) липидни „глави“, а „струните“, прикрепени към тях, съответстват на хидрофобни (неумокряеми) „опашки“. От протеините са показани само интегрални мембранни протеини от край до край (червени глобули и жълти спирали). Жълтите овални точки вътре в мембраната са холестеролни молекули, а жълто-зелените вериги от външната страна на мембраната са олигозахаридни вериги, които образуват гликокаликса. Гликокаликсът е като въглехидратен („захар“) „пух“ върху мембраната, образуван от дълги въглехидратно-протеинови молекули, стърчащи от нея.

Alive е малка "протеиново-мазнена торбичка", пълна с полутечно желеобразно съдържание, което е пропито с филми и тръби.

Стените на тази торбичка са образувани от двоен мастен (липиден) филм, покрит с протеини отвътре и отвън – клетъчната мембрана. Следователно се казва, че мембраната има трислойна структура : протеини-мазнини-протеини... Вътре в клетката има и много подобни мастни мембрани, които разделят вътрешното й пространство на отделения. Клетъчните органели са заобиколени от едни и същи мембрани: ядро, митохондрии, хлоропласти. Така че мембраната е универсална молекулярна структура, присъща на всички клетки и всички живи организми.

Вляво не е реален, а изкуствен модел на парче от биологична мембрана: това е моментна снимка на мастния фосфолипиден двуслой (т.е. двоен слой) в процеса на неговото молекулярно-динамично моделиране. Показана е изчислената клетка на модела - 96 PC молекули ( еосфатидил NS olina) и 2304 водни молекули, общо 20544 атома.

Вдясно е визуален модел на единична молекула от този липид, от който е сглобен мембранният липиден бислой. В горната част има хидрофилна (водолюбива) глава, а отдолу има две хидрофобни (страхови от вода) опашки. Този липид има просто име: 1-стероил-2-докозахексаеноил-Sn-глицеро-3-фосфатидилхолин (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), но не е необходимо да го запомняте, освен ако не планирайте да докарате учителя си до припадък с дълбочината на знанията си.

По-точна научна дефиниция на клетка може да се даде:

Това е ограничена от активна мембрана, подредена, структурирана хетерогенна система от биополимери, участващи в единен набор от метаболитни, енергийни и информационни процеси, а също така осъществяващи поддържането и възпроизвеждането на цялата система като цяло.

Вътре в клетката също е проникнато с мембрани, а между мембраните няма вода, а вискозен гел/зол с променлива плътност. Следователно, взаимодействащите молекули в клетката не плават свободно, както в епруветка с воден разтвор, а основно седят (имобилизирани) върху полимерните структури на цитоскелета или вътреклетъчните мембрани. И следователно химичните реакции протичат вътре в клетката почти като в твърдо вещество, а не в течност. Външната мембрана, обграждаща клетката, също е покрита с ензими и молекулярни рецептори, което го прави много активна част от клетката.

Клетъчната мембрана (плазмолема, плазмолема) е активна мембрана, която отделя клетката от околната среда и я свързва с околната среда. © Сазонов В.Ф., 2016.

От това определение за мембрана следва, че тя не просто ограничава клетката, но работи активносвързвайки го с неговата среда.

Мазнината, от която са съставени мембраните, е специална, затова нейните молекули обикновено се наричат ​​не просто мазнини, а "липиди", "фосфолипиди", "сфинголипиди"... Мембранният филм е двоен, тоест се състои от два филма, прилепнали един към друг. Следователно в учебниците те пишат, че основата на клетъчната мембрана се състои от два липидни слоя (или от " двуслоен", т.е. двоен слой). За всеки отделен липиден слой едната страна може да се намокри с вода, а другата не. Така че тези филми се придържат един към друг точно с немокрите си страни.

Бактериална мембрана

Прокариотната клетъчна мембрана на грам-отрицателните бактерии се състои от няколко слоя, показани на фигурата по-долу.
Покриващи слоеве от грам-отрицателни бактерии:
1. Вътрешна трислойна цитоплазмена мембрана, която е в контакт с цитоплазмата.
2. Клетъчната стена, която се състои от муреин.
3. Външна трислойна цитоплазмена мембрана, която има същата система от липиди с протеинови комплекси като вътрешната мембрана.
Комуникация на грам-отрицателни бактериални клеткис външен святчрез такава сложна тристепенна структура не им дава предимство в оцеляването при тежки условия в сравнение с грам-положителните бактерии, които имат по-малко мощна обвивка. Те също толкова лошо понасят високи температури, киселинност и спадане на налягането.

Видео лекция:Плазмената мембрана. Е.В. Cheval, Ph.D.

Видео лекция:Мембрана като клетъчна граница. А. Иляскин

Значението на мембранните йонни канали

Лесно е да се разбере, че само мастноразтворимите вещества могат да влязат в клетката през мастната мембрана. Това са мазнини, алкохоли, газове.Например в еритроцитите кислородът и въглеродният диоксид лесно преминават навътре и навън директно през мембраната. Но водата и водоразтворимите вещества (например йони) просто не могат да преминат през мембраната в нито една клетка. Това означава, че те се нуждаят от специални отвори. Но ако просто направите дупка в мастния филм, той веднага ще бъде изтеглен назад. Какво да правя? Намерен е изход в природата: необходимо е да се направят специални протеинови транспортни структури и да се разтягат през мембраната. Така се получават канали за преминаване на неразтворими в мазнини вещества – йонни канали на клетъчната мембрана.

И така, за да придаде на мембраната си допълнителни свойства на пропускливост за полярни молекули (йони и вода), клетката синтезира специални протеини в цитоплазмата, които след това се вграждат в мембраната. Те са два вида: транспортни протеини (например транспортни АТФази) и протеини, образуващи канали (създатели на канали). Тези протеини са включени в двойния мастен слой на мембраната и образуват транспортни структури под формата на транспортери или под формата на йонни канали. Различни водоразтворими вещества вече могат да преминават през тези транспортни структури, които иначе не могат да преминат през филма на мастната мембрана.

По принцип се наричат ​​още белтъците, вградени в мембраната интегрална, именно защото те сякаш се включват в състава на мембраната и проникват през нея. Други протеини, не интегрални, образуват сякаш острови, "плуващи" по повърхността на мембраната: или по външната й повърхност, или по вътрешната. В крайна сметка всички знаят, че мазнините са добра смазка и е лесно да се плъзга по нея!

заключения

1. Като цяло мембраната е трислойна:

1) външният слой от протеинови "острови",

2) мастно двуслойно "море" (липиден двуслой), т.е. двоен липиден филм,

3) вътрешният слой от протеинови "островове".

Но има и хлабав външен слой - гликокаликса, който се образува от стърчащи от мембраната гликопротеини. Те са молекулярни рецептори, с които се свързват сигналните контролни агенти.

2. В мембраната са вградени специални протеинови структури, осигуряващи нейната пропускливост за йони или други вещества. Не забравяйте, че на някои места морето от мазнини е наситено с интегрални протеини. И именно интегралните протеини образуват специални транспортни конструкции клетъчна мембрана (вижте раздел 1_2 Мембранни транспортни механизми). Чрез тях веществата влизат в клетката, а също така се извеждат от клетката навън.

3. От двете страни на мембраната (външна и вътрешна), както и вътре в мембраната могат да бъдат разположени ензимни протеини, които влияят както на състоянието на самата мембрана, така и на живота на цялата клетка.

Така че клетъчната мембрана е активна променлива структура, която активно работи в интерес на цялата клетка и я свързва с външния свят, а не е просто "защитна обвивка". Това е най-важното нещо, което трябва да знаете за клетъчната мембрана.

В медицината мембранните протеини често се използват като мишени за лекарства... Като такива мишени действат рецептори, йонни канали, ензими и транспортни системи. Напоследък, освен в мембраната, гени, скрити в клетъчното ядро, също станаха мишени за лекарства.

Видео:Въведение в биофизиката на клетъчната мембрана: Структурата на мембраните 1 (Владимиров Ю.А.)

Видео:История, структура и функция на клетъчната мембрана: Мембранна структура 2 (Владимиров Ю.А.)

© 2010-2018 Сазонов В.Ф., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Изучаването на структурата на организмите, както и растенията, животните и хората се занимава с раздел от биологията, наречен цитология. Учените са установили, че съдържанието на клетката, което се намира вътре в нея, е доста сложно. Той е заобиколен от така наречения повърхностен апарат, който включва външната клетъчна мембрана, надмембранни структури: гликокаликс, както и микрофиламенти, пеликули и микротубули, които образуват неговия субмембранен комплекс.

В тази статия ще изследваме структурата и функцията на външната клетъчна мембрана, която е част от повърхностния апарат различни видовеклетки.

Какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана?

Както беше описано по-рано, външната мембрана е част от повърхностния апарат на всяка клетка, която успешно отделя вътрешното й съдържание и предпазва клетъчните органели от неблагоприятни условия на околната среда. Друга функция е да осигури обмена на вещества между клетъчното съдържание и тъканната течност, следователно външната клетъчна мембрана осъществява транспорта на молекули и йони, влизащи в цитоплазмата, а също така помага за отстраняване на токсините и излишните токсични вещества от клетката.

Структура на клетъчната мембрана

Мембраните или плазмалемите на различните видове клетки са много различни една от друга. Основно химичната структура, както и относителното съдържание на липиди, гликопротеини, протеини и съответно естеството на рецепторите в тях. Външният, който се определя преди всичко от индивидуалния състав на гликопротеините, участва в разпознаването на стимулите от околната среда и в реакциите на самата клетка към техните действия. Някои видове вируси могат да взаимодействат с протеини и гликолипиди на клетъчните мембрани, в резултат на което влизат в клетката. Херпесните и грипните вируси могат да се използват за изграждане на тяхната защитна обвивка.

А вирусите и бактериите, така наречените бактериофаги, се прикрепят към клетъчната мембрана и я разтварят на мястото на контакт с помощта на специален ензим. След това в образуваната дупка преминава молекула вирусна ДНК.

Характеристики на структурата на плазмалемата на еукариотите

Припомнете си, че външната клетъчна мембрана изпълнява функцията на транспорт, тоест пренасянето на вещества във и от нея във външната среда. За да се извърши такъв процес, е необходима специална структура. Наистина, плазмалемата е постоянна, универсална система от повърхностния апарат. Това е тънък (2-10 Nm), но доста плътен многослоен филм, който покрива цялата клетка. Неговата структура е изследвана през 1972 г. от учени като Д. Сингър и Г. Никълсън, те също създават течно-мозаичен модел на клетъчната мембрана.

Основните химични съединения, които го образуват, са подредени молекули на протеини и определени фосфолипиди, които са разпръснати в течна липидна среда и наподобяват мозайка. Така клетъчната мембрана се състои от два слоя липиди, чиито неполярни хидрофобни "опашки" са вътре в мембраната, а полярните хидрофилни глави са насочени към цитоплазмата на клетката и към междуклетъчната течност.

Липидният слой е проникнат от големи протеинови молекули, които образуват хидрофилни пори. Именно чрез тях се транспортират водни разтвори на глюкоза и минерални соли. Някои протеинови молекули се намират както на външната, така и на вътрешната повърхност на плазмалемата. Така върху външната клетъчна мембрана в клетките на всички организми с ядра има свързани въглехидратни молекули ковалентни връзкис гликолипиди и гликопротеини. Съдържанието на въглехидрати в клетъчните мембрани варира от 2 до 10%.

Структурата на плазмалемата на прокариотните организми

Външната клетъчна мембрана при прокариотите изпълнява функции, подобни на плазмалемите на клетките на ядрените организми, а именно: възприемане и предаване на информация, идваща от външната среда, транспортиране на йони и разтвори в и извън клетката, защита на цитоплазмата от чужди реагенти отвън. Може да образува мезозоми - структури, които възникват, когато плазмалемата се инвагинира в клетката. Те могат да съдържат ензими, участващи в метаболитните реакции на прокариотите, например в репликацията на ДНК, протеиновия синтез.

Мезозомите също съдържат редокс ензими, докато фотосинтезите имат бактериохлорофил (в бактериите) и фикобилин (в цианобактериите).

Ролята на външните мембрани в междуклетъчните контакти

Продължавайки да отговаряме на въпроса какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, нека се спрем на нейната роля в растителните клетки в стените на външната клетъчна мембрана се образуват пори, преминаващи в целулозния слой. Чрез тях е възможно цитоплазмата на клетката да избяга навън, такива тънки канали се наричат ​​плазмодесми.

Благодарение на тях връзката между съседните растителни клетки е много силна. В човешките и животинските клетки местата на контакт между съседните клетъчни мембрани се наричат ​​десмозоми. Те са характерни за ендотелните и епителните клетки, намират се и в кардиомиоцитите.

Спомагателни образувания на плазмалемата

За да разберем как растителните клетки се различават от животинските, помага да се изследват структурните особености на техните плазмалеми, които зависят от това какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана. Над него, в животинските клетки, има слой гликокаликс. Образува се от молекули на полизахариди, свързани с протеини и липиди на външната клетъчна мембрана. Благодарение на гликокаликса между клетките възниква адхезия (адхезия), което води до образуване на тъкани, поради което участва в сигналната функция на плазмалемата - разпознаването на стимули от околната среда.

Как се осъществява пасивният транспорт на определени вещества през клетъчните мембрани?

Както бе споменато по-рано, външната клетъчна мембрана участва в процеса на транспортиране на вещества между клетката и външната среда. Има два вида транспорт през плазмената мембрана: пасивен (дифузионен) и активен транспорт. Първият включва дифузия, улеснена дифузия и осмоза. Движението на веществата по градиента на концентрация зависи преди всичко от масата и размера на молекулите, преминаващи през клетъчната мембрана. Например, малки неполярни молекули лесно се разтварят в средния липиден слой на плазмалемата, движат се през него и се озовават в цитоплазмата.

Големи молекули от органични вещества проникват в цитоплазмата с помощта на специални протеини носители. Те имат видова специфичност и, когато се комбинират с частица или йон, пасивно ги пренасят през мембраната по градиента на концентрацията (пасивен транспорт) без разход на енергия. Този процес е в основата на такова свойство на плазмалемата като селективна пропускливост. В процеса енергията на АТФ молекулите не се използва, а клетката я запазва за други метаболитни реакции.

Активен транспорт на химични съединения през плазмалемата

Тъй като външната клетъчна мембрана осигурява прехвърлянето на молекули и йони от външната среда към вътрешността на клетката и обратно, става възможно да се отстранят продуктите на дисимилация, които са токсини, навън, тоест в междуклетъчната течност. протича срещу градиент на концентрация и изисква използването на енергия под формата на АТФ молекули. Той също така включва протеини носители, наречени АТФази, които също са ензими.

Пример за такъв транспорт е натриево-калиева помпа (натриевите йони се пренасят от цитоплазмата във външната среда, а калиеви йони се изпомпват в цитоплазмата). Епителните клетки на червата и бъбреците са способни на това. Процесите на пиноцитоза и фагоцитоза са разновидности на този метод на трансфер. По този начин, след като се проучи какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, може да се установи, че хетеротрофните протисти, както и клетките на висши животински организми, например левкоцити, са способни на процесите на пино- и фагоцитоза.

Биоелектрични процеси в клетъчните мембрани

Установено е, че има потенциална разлика между външната повърхност на плазмалемата (тя е положително заредена) и париеталния слой на цитоплазмата, който е отрицателно зареден. Наричаха го потенциал за покой и той е присъщ на всички живи клетки. А нервната тъкан има не само потенциал за почивка, но също така е способна да провежда слаби биотокове, което се нарича процес на възбуждане. Външните мембрани на нервните клетки-неврони, получаващи дразнене от рецепторите, започват да променят зарядите: натриевите йони масово навлизат в клетката и повърхността на плазмалемата става електроотрицателна. А париеталният слой на цитоплазмата получава положителен заряд поради излишъка от катиони. Това обяснява причината за презареждането на външната клетъчна мембрана на неврона, което предизвиква провеждането на нервни импулси, които са в основата на процеса на възбуждане.

Отвън клетката е покрита с плазмена мембрана (или външна клетъчна мембрана) с дебелина около 6-10 nm.

Клетъчната мембрана е плътен филм от протеини и липиди (главно фосфолипиди). Липидните молекули са подредени подредено - перпендикулярно на повърхността, в два слоя, така че техните части, които взаимодействат интензивно с водата (хидрофилни), са насочени навън, а частите, инертни спрямо водата (хидрофобни) - навътре.

Протеиновите молекули са разположени в прекъснат слой върху повърхността на липидната рамка от двете страни. Някои от тях са потопени в липидния слой, а други преминават през него, образувайки области, които са пропускливи за вода. Тези протеини изпълняват различни функции – някои от тях са ензими, други са транспортни протеини, участващи в пренасянето на определени вещества от околната среда в цитоплазмата и в обратна посока.

Основните функции на клетъчната мембрана

Едно от основните свойства на биологичните мембрани е селективната пропускливост (полупропускливост)- някои вещества преминават през тях трудно, други лесно и дори към по-висока концентрация.Така че за повечето клетки концентрацията на Na йони вътре е много по-ниска, отколкото в околната среда. Обратното съотношение е характерно за К йони: тяхната концентрация вътре в клетката е по-висока, отколкото извън нея. Следователно Na йони винаги са склонни да проникнат в клетката, а К йони - да напуснат. Изравняването на концентрациите на тези йони се предотвратява от наличието на специална система в мембраната, която играе ролята на помпа, която изпомпва Na йони от клетката и едновременно изпомпва К йони вътре.

Поривът на Na йони да се движат отвън навътре се използва за транспортиране на захари и аминокиселини в клетката. С активното отстраняване на Na йони от клетката се създават условия за притока на глюкоза и аминокиселини в нея.

В много клетки усвояването на веществата става и чрез фагоцитоза и пиноцитоза. В фагоцитозагъвкавата външна мембрана образува малка депресия, където уловената частица пада. Тази депресия се увеличава и, заобиколена от участък от външната мембрана, частицата се потапя в цитоплазмата на клетката. Явлението фагоцитоза е характерно за амебите и някои други протозои, както и за левкоцитите (фагоцити). По същия начин се извършва усвояването на течности от клетките, съдържащи необходимите за клетката вещества. Това явление беше наречено пиноцитоза.

Външните мембрани на различните клетки се различават значително както по химичния състав на техните протеини и липиди, така и по относителното им съдържание. Именно тези характеристики определят разнообразието във физиологичната активност на мембраните на различни клетки и тяхната роля в живота на клетките и тъканите.

Ендоплазменият ретикулум на клетката е свързан с външната мембрана. С помощта на външните мембрани се осъществяват различни видове междуклетъчни контакти, т.е. комуникация между отделните клетки.

Много видове клетки се характеризират с наличието на тяхната повърхност на голям брой издатини, гънки, микровили. Те допринасят както за значително увеличаване на клетъчната повърхност, така и за подобряване на метаболизма, както и за по-силни връзки на отделните клетки една с друга.

Растителните клетки извън клетъчната мембрана имат дебели мембрани, които са лесно различими под оптичен микроскоп, състоящи се от целулоза (целулоза). Те създават силна опора за растителните тъкани (дърво).

Някои клетки от животински произход също имат редица външни структури, разположени отгоре на клетъчната мембрана и имат защитен характер. Пример би бил хитинът на клетките на насекомите.

Функции на клетъчната мембрана (накратко)

Клетъчната мембрана

Изображение на клетъчната мембрана. Малките сини и бели топчета отговарят на хидрофобни "глави" на фосфолипидите, а линиите, прикрепени към тях, отговарят на хидрофилни "опашки". Фигурата показва само интегрални мембранни протеини (червени глобули и жълти спирали). Жълти овални точки вътре в мембраната - холестеролни молекули Жълто-зелени вериги от перли от външната страна на мембраната - вериги от олигозахариди, които образуват гликокаликса

Биологичната мембрана включва също различни протеини: интегрални (проникващи през мембраната през и през), полуинтегрални (потопени от единия край във външния или вътрешния липиден слой), повърхностни (разположени от външната или в съседство с вътрешните страни на мембраната ). Някои протеини са точките на контакт на клетъчната мембрана с цитоскелета вътре в клетката и клетъчната стена (ако има такава) отвън. Някои от интегралните протеини функционират като йонни канали, различни транспортери и рецептори.

Функции

• бариера - осигурява регулиран, селективен, пасивен и активен метаболизъм с околната среда. Например, пероксизомната мембрана предпазва цитоплазмата от пероксиди, които са вредни за клетката. Селективната пропускливост означава, че пропускливостта на мембраната за различни атоми или молекули зависи от техния размер, електрически заряд и химични свойства. Селективната пропускливост осигурява отделяне на клетката и клетъчните отделения от околната среда и снабдяването им с необходимите вещества.
• транспорт - веществата се транспортират през мембраната в и извън клетката. Транспортирането през мембрани осигурява: доставка хранителни вещества, отстраняване на крайните продукти от обмяната на веществата, отделяне на различни вещества, създаване на йонни градиенти, поддържане на оптимална концентрация на йони в клетката, които са необходими за работата на клетъчните ензими.
  Частици, които по някаква причина не могат да преминат през фосфолипидния двуслой (например поради хидрофилни свойства, тъй като мембраната вътре е хидрофобна и не позволява на хидрофилни вещества да преминават през, или поради големия им размер), но необходими за клетката , може да проникне през мембраната чрез специални протеини носители (транспортери) и канални протеини или чрез ендоцитоза.
  При пасивен транспорт веществата преминават през липидния бислой без консумация на енергия по градиента на концентрация чрез дифузия. Вариант на този механизъм е улеснена дифузия, при която специфична молекула помага на веществото да премине през мембраната. Тази молекула може да има канал, който позволява да преминава само един вид вещество.
  Активният транспорт изисква консумация на енергия, тъй като се осъществява срещу градиента на концентрацията. На мембраната има специални помпени протеини, включително АТФаза, която активно изпомпва калиеви йони (K +) в клетката и изпомпва натриеви йони (Na +) от нея.
• матрична - осигурява определено взаимно подреждане и ориентация на мембранните протеини, тяхното оптимално взаимодействие.
• механичен - осигурява автономността на клетката, нейните вътреклетъчни структури, както и връзката с други клетки (в тъканите). Клетъчните стени играят важна роля за осигуряване на механична функция, а при животните - междуклетъчното вещество.
• енергия - по време на фотосинтезата в хлоропластите и клетъчното дишане в митохондриите, в техните мембрани работят системи за пренос на енергия, в които участват и протеините;
• рецептор - някои протеини в мембраната са рецептори (молекули, чрез които клетката възприема определени сигнали).
  Например, циркулиращите в кръвта хормони действат само върху целевите клетки, които имат рецептори, съответстващи на тези хормони. Невротрансмитерите (химикали, които провеждат нервни импулси) също се свързват със специфични рецепторни протеини в целевите клетки.
• ензимни - мембранните протеини често са ензими. Например, плазмените мембрани на чревните епителни клетки съдържат храносмилателни ензими.
• реализиране на генериране и провеждане на биопотенциали.
  С помощта на мембраната в клетката се поддържа постоянна концентрация на йони: концентрацията на йона К + вътре в клетката е много по-висока от външната, а концентрацията на Na + е много по-ниска, което е много важно, тъй като това осигурява поддържане на потенциалната разлика на мембраната и генериране на нервен импулс.
• клетъчно маркиране – върху мембраната има антигени, които действат като маркери – „етикетки“ за идентифициране на клетката. Това са гликопротеини (тоест протеини с прикрепени към тях разклонени олигозахаридни странични вериги), които играят ролята на "антени". Поради безбройните конфигурации на страничната верига е възможно да се направи специфичен маркер за всеки тип клетка. С помощта на маркери клетките могат да разпознават други клетки и да действат съвместно с тях, например по време на образуването на органи и тъкани. Освен това позволява на имунната система да разпознава чужди антигени.

Структурата и съставът на биомембраните

Мембраните са съставени от три класа липиди: фосфолипиди, гликолипиди и холестерол. Фосфолипидите и гликолипидите (липиди с прикачени въглехидрати) са съставени от две дълги хидрофобни въглеводородни „опашки“, които са свързани със заредена хидрофилна „глава“. Холестеролът втвърдява мембраната, като заема свободното пространство между хидрофобните липидни опашки и предотвратява огъването им. Следователно мембраните с ниско съдържание на холестерол са по-гъвкави, а с високо съдържание на холестерол са по-твърди и крехки. Холестеролът също така служи като "запушалка", която предотвратява движението на полярните молекули от и в клетката. Важна част от мембраната е изградена от протеини, които я проникват и са отговорни за различните свойства на мембраните. Техният състав и ориентация в различните мембрани се различават.

Клетъчните мембрани често са асиметрични, тоест слоевете се различават по състава на липидите, прехода на отделна молекула от един слой в друг (т.нар. джапанка) трудно е.

Мембранни органели

Това са затворени, единични или взаимосвързани участъци от цитоплазмата, отделени от хиалоплазмата с мембрани. Едномембранните органели включват ендоплазмения ретикулум, апарата на Голджи, лизозоми, вакуоли, пероксизоми; на две мембрани - ядрото, митохондриите, пластидите. Структурата на мембраните на различни органели се различава в състава на липидите и мембранните протеини.

Селективна пропускливост

Клетъчните мембрани имат селективна пропускливост: глюкоза, аминокиселини, мастни киселини, глицерол и йони бавно дифундират през тях, а самите мембрани до известна степен активно регулират този процес - някои вещества се пропускат, а други не. Има четири основни механизма за навлизане на вещества в клетката или тяхното отстраняване от клетката навън: дифузия, осмоза, активен транспорт и екзо- или ендоцитоза. Първите два процеса са пасивни, тоест не изискват консумация на енергия; последните два са активни процеси, свързани с консумация на енергия.

Селективната пропускливост на мембраната при пасивен транспорт се дължи на специални канали - интегрални протеини. Те проникват през мембраната през и през, образувайки един вид проход. Елементите K, Na и Cl имат свои собствени канали. Молекулите на тези елементи се движат навътре и извън клетката спрямо градиента на концентрация. При дразнене каналите на натриеви йони се отварят и има рязък приток на натриеви йони в клетката. В този случай възниква дисбаланс на мембранния потенциал. След това мембранният потенциал се възстановява. Калиевите канали са винаги отворени, през тях калиевите йони бавно навлизат в клетката.

Вижте също

литература

• Антонов В.Ф., Смирнова Е.Н., Шевченко Е.В.Липидни мембрани по време на фазови преходи. - М .: Наука, 1994.
• Дженис Р.Биомембрани. Молекулярна структура и функции: превод от английски. = Биомембрани. Молекулна структура и функция (от Робърт Б. Дженис). - 1-во издание. - М .: Мир, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Иванов В.Г., Берестовски Т.Н.Липиден двуслой на биологични мембрани. - М .: Наука, 1982.
• Рубин А. Б.Биофизика, учебник в 2 тома. - 3-то издание, преработено и разширено. - М .: Издателство на Московския университет, 2004. - ISBN 5-211-06109-8
• Брус Албъртс и др.

13. Биологични мембрани на клетката. Техните свойства, структура и функция.

Плазмената мембрана , или плазмалема,- най-постоянната, основна, универсална мембрана за всички клетки. Това е най-тънкият (около 10 nm) филм, който покрива цялата клетка. Плазмалемата се състои от протеинови и фосфолипидни молекули (фиг. 1.6).

Фосфолипидните молекули са подредени в два реда - с хидрофобни краища навътре, хидрофилни глави към вътрешната и външната водна среда. На някои места двуслойният (двоен слой) фосфолипиди е проникнат през и през с протеинови молекули (интегрални протеини). Вътре в такива протеинови молекули има канали - пори, през които преминават водоразтворими вещества. Други протеинови молекули проникват в липидния бислой наполовина от едната или от другата страна (полуинтегрални протеини). На повърхността на мембраните на еукариотните клетки има периферни протеини. Липидите и протеиновите молекули се задържат чрез хидрофилно-хидрофобни взаимодействия.

Свойства и функции на мембраните.Всички клетъчни мембрани са подвижни течни структури, тъй като липидните и протеиновите молекули не са свързани с ковалентни връзки и са в състояние да се движат доста бързо в равнината на мембраната. Поради това мембраните могат да променят конфигурацията си, тоест имат течливост.

Мембраните са много динамични структури. Те бързо се възстановяват от увреждане, а също така се разтягат и свиват с клетъчни движения.

Мембраните на различните видове клетки се различават значително както по химичен състав, така и по относителното съдържание на протеини, гликопротеини, липиди в тях и следователно по естеството на присъстващите в тях рецептори. Следователно всеки клетъчен тип се характеризира с индивидуалност, която се определя главно гликопротеини.В него участват разклонени вериги от гликопротеини, излизащи от клетъчната мембрана разпознаване на факторивъншната среда, както и при взаимното разпознаване на сродни клетки. Например, яйцеклетката и сперматозоидът се разпознават взаимно чрез гликопротеини на клетъчната повърхност, които се вписват заедно като отделни елементи от интегрална структура. Това взаимно признаване е необходима стъпка преди оплождането.

Подобно явление се наблюдава в процеса на тъканна диференциация. В този случай структурно подобни клетки с помощта на разпознаване на области на плазмалемата са правилно ориентирани една спрямо друга, като по този начин се гарантира тяхната адхезия и образуване на тъкан. Свързва се с признание и регулиране на транспортамолекули и йони през мембраната и имунологичен отговор, при който гликопротеините играят ролята на антигени. По този начин захарите могат да функционират като информационни молекули (като протеини и нуклеинови киселини). Мембраните съдържат също специфични рецептори, носители на електрони, енергийни преобразуватели и ензимни протеини. Протеините участват в осигуряването на транспорта на определени молекули в или извън клетката, осъществяват структурна връзка на цитоскелета с клетъчните мембрани или служат като рецептори за приемане и преобразуване на химически сигнали от околната среда.

Най-важното свойство на мембраната е също селективна пропускливост.Това означава, че молекулите и йоните преминават през него с различна скорост и колкото по-голям е размерът на молекулите, толкова по-ниска е скоростта на преминаването им през мембраната. Това свойство определя плазмената мембрана като осмотична бариера.Водата и разтворените в нея газове имат максимална проникваща способност; йони преминават през мембраната много по-бавно. Дифузия на вода през мембрана се нарича осмоза.

Има няколко механизма за транспортиране на вещества през мембраната.

Дифузия- проникването на вещества през мембраната по градиента на концентрация (от зоната, където концентрацията им е по-висока, до зоната, където концентрацията им е по-ниска). Дифузният транспорт на вещества (вода, йони) се осъществява с участието на мембранни протеини, в които има молекулярни пори, или с участието на липидната фаза (за мастноразтворимите вещества).

С улеснена дифузияспециални мембранни протеини носители селективно се свързват с един или друг йон или молекула и ги транспортират през мембраната по градиента на концентрацията.

Активен транспорте свързано с енергийни разходи и служи за пренасяне на вещества срещу техния градиент на концентрация. Тойосъществява се от специални белтъци носители, които образуват т.нар йонни помпи.Най-проучена е Na - / K - -помпата в животински клетки, активно изпомпваща Na + йони навън, като същевременно абсорбира K - йони. Поради това клетката поддържа висока концентрация на K - и по-малко Na + в сравнение с околната среда. Този процес изразходва енергията на АТФ.

В резултат на активен транспорт с помощта на мембранна помпа се регулира и концентрацията на Mg 2- и Ca 2+ в клетката.

В процеса на активен транспорт на йони в клетката през цитоплазмената мембрана проникват различни захари, нуклеотиди и аминокиселини.

протеинови макромолекули, нуклеинова киселина, полизахариди, липопротеинови комплекси и др. не преминават през клетъчните мембрани, за разлика от йоните и мономерите. Транспортирането на макромолекули, техните комплекси и частици вътре в клетката става по съвсем различен начин - чрез ендоцитоза. В ендоцитоза (ендо...- вътре) определена област от плазмалемата улавя и сякаш обгръща извънклетъчния материал, затваряйки го в мембранна вакуола, възникнала в резултат на инвагинацията на мембраната. Впоследствие такава вакуола се комбинира с лизозомата, чиито ензими разграждат макромолекулите до мономери.

Обратният процес на ендоцитозата е екзоцитоза (екзо...- навън). Благодарение на него клетката отстранява вътреклетъчни продукти или неразградени остатъци, затворени във вакуола или

зрение. Мехурът се приближава до цитоплазмената мембрана, слива се с нея и съдържанието му се освобождава в околната среда. Отделят се храносмилателни ензими, хормони, хемицелулоза и др.

По този начин биологичните мембрани, като основни структурни елементи на клетката, не са просто физически граници, а са динамични функционални повърхности. Върху мембраните на органелите се извършват множество биохимични процеси, като активно усвояване на вещества, преобразуване на енергия, синтез на АТФ и др.

Функции на биологичните мембраниследното:

Те ограничават съдържанието на клетката от външната среда и съдържанието на органелите от цитоплазмата.

Те осигуряват транспортирането на вещества в и извън клетката, от цитоплазмата към органелите и обратно.

Те действат като рецептори (приемане и трансформиране на ситни от околната среда, разпознаване на клетъчни вещества и др.).

Те са катализатори (осигуряващи близо до мембрана химически процеси).

Участвайте в трансформацията на енергията.