Содержание

Какие функции выполняет наружная клеточная мембрана? Строение наружной клеточной мембраны

Изучением строения клеток прокариотических организмов, а также растений животных и человека занимается раздел биологии, называемый цитологией. Ученые установили, что содержимое клетки, которое находится внутри нее, построено довольно сложно. Его окружает так называемый поверхностный аппарат, в состав которого входят наружная клеточная мембрана, надмембранные структуры: гликокаликс и клеточная стенка, а также микронити, пеликула и микротрубочки, образующие её подмембранный комплекс.

В данной статье мы изучим строение и функции наружной клеточной мембраны, входящей в поверхностный аппарат различных видов клеток.

Какие функции выполняет наружная клеточная мембрана

Как было описано ранее, наружная мембрана является частью поверхностного аппарата каждой клетки, который успешно отделяет ее внутреннее содержимое и защищает клеточные органеллы от неблагоприятных условий внешней среды. Еще одна функция - это обеспечение обмена веществ между клеточным содержимым и тканевой жидкостью, поэтому наружная клеточная мембрана осуществляет транспорт молекул и ионов, поступающих в цитоплазму, а также помогает удалять шлаки и избыток токсичных веществ из клетки.

Строение клеточной мембраны

Мембраны, или плазмалеммы различных типов клеток сильно отличаются между собой. Главным образом, химическим строением, а также относительным содержанием в них липидов, гликопротеидов, белков и, соответственно, характером рецепторов, находящихся в них. Наружная клеточная мембрана, строение и функции которой определяются прежде всего индивидуальным составом гликопротеидов, берет участие в распознавании раздражителей внешней среды и в реакциях самой клетки на их действия. С белками и гликолипидами клеточных мембран могут взаимодействовать некоторые виды вирусов, вследствие чего они проникают в клетку. Вирусы герпеса и гриппа могут использовать плазмалемму клетки-хозяина для построения свой защитной оболочки.

А вирусы и бактерии, так называемые бактериофаги, прикрепляются к мембране клетки и в месте контакта растворяют ее с помощью особого фермента. Затем в образовавшееся отверстие проходит молекула вирусной ДНК.

Особенности строения плазмалеммы эукариот

Напомним, что наружная клеточная мембрана выполняет функцию транспорта, то есть переноса веществ в цитоплазму клетки и из нее во внешнюю среду. Для осуществления такого процесса необходимо специальное строение. Действительно, плазмалемма представляет собой постоянную, универсальную для всех эукариотических клеток систему поверхностного аппарата. Это тоненькая (2-10 Нм), но достаточно плотная многослойная пленка, которая покрывает всю клетку. Её строение было изучено в 1972 году такими учеными, как Д. Сингер и Г. Николсон, ими же создана жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны.

Главные химические соединения, которые её образуют - это упорядоченно расположенные молекулы белков и определенных фосфолипидов, которые вкраплены в жидковатую липидную среду и напоминают мозаику. Таким образом, клеточная мембрана состоит из двух слоев липидов, неполярные гидрофобные «хвосты» которых находятся внутри мембраны, а полярные гидрофильные головки обращены к цитоплазме клетки и к межклеточной жидкости.

Слой липидов пронизывается крупными белковыми молекулами, образующими гидрофильные поры. Именно через них транспортируются водные растворы глюкозы и минеральных солей. Некоторые белковые молекулы находятся как на внешней, так и на внутренней поверхности плазмалеммы. Таким образом, на наружной клеточной мембране в клетках всех организмов, имеющих ядра, находятся молекулы углеводов, связанные ковалентными связями с гликолипидами и гликопротеидами. Содержание углеводов в клеточных мембранах колеблется от 2 до 10%.

Строение плазмалеммы прокариотических организмов

Наружная клеточная мембрана у прокариот выполняет сходные функции с плазмалеммами клеток ядерных организмов, а именно: восприятие и передача информации, поступающей из внешней среды, транспорт ионов и растворов в клетку и из нее, защита цитоплазмы от чужеродных реагентов извне. Она может образовывать мезосомы – структуры, возникающие при впячивании плазмалеммы внутрь клетки. На них могут находиться ферменты, участвующие в метаболических реакциях прокариот, например, в репликации ДНК, синтезе белков.

Мезосомы также содержат окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтетиков находятся бактериохлорофилл (у бактерий) и фикобилин (у цианобактерий).

Роль наружных мембран в межклеточных контактах

Продолжая отвечать на вопрос, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана, остановимся на ее роли в межклеточных контактах. У растительных клеток в стенках наружной клеточной мембраны образуются поры, переходящие в целлюлозный слой. Через них возможен выход цитоплазмы клетки наружу, такие тонкие каналы называют плазмодесмами.

Благодаря им связь между соседними растительными клетками очень прочная. У клеток человека и животных места контактов соседних клеточных мембран называются десмосомами. Они характерны для эндотелиальных и эпителиальных клеток, а также встречаются у кардиомиоцитов.

Вспомогательные образования плазмалеммы

Разобраться, чем отличаются растительные клетки от животных, помогает изучение особенностей строения их плазмалемм, которые зависят от того, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана. Над ней у животных клеток находится слой гликокаликс. Он образован молекулами полисахаридов, связанных с белками и липидами наружной клеточной мембраны. Благодаря гликокаликсу между клетками возникает адгезия (слипание), приводящая к образованию тканей, поэтому он принимает участие в сигнальной функции плазмалеммы – распознавании раздражителей внешней среды.

Как осуществляется пассивный транспорт определенных веществ через клеточные мембраны

Как было уже сказано ранее, наружная клеточная мембрана участвует в процессе транспортировки веществ между клеткой и внешней средой. Существует два вида переноса через плазмалемму: пассивный (дифузионный) и активный транспорт. К первому относится диффузия, облегченная диффузия и осмос. Движение веществ по градиенту концентрации зависит, прежде всего, от массы и величины молекул, проходящих через клеточную мембрану. Например, мелкие неполярные молекулы легко растворяются в среднем липидном слое плазмалеммы, продвигаются через нее и оказываются в цитоплазме.

Крупные молекулы органических веществ проникают в цитоплазму с помощью специальных белков-переносчиков. Они имеют видовую специфичность и, соединяясь с частицей или ионом, без затрат энергии пассивно переносят их через мембрану по градиенту концентрации (пассивный транспорт). Этот процесс лежит в основе такого свойства плазмалеммы, как избирательная проницаемость. В процессе пассивного транспорта энергия молекул АТФ не используется, и клетка сберегает её на другие метаболические реакции.

Активный транспорт химических соединений через плазмалемму

Так как наружная клеточная мембрана обеспечивает перенос молекул и ионов из внешней среды внутрь клетки и обратно, становится возможным вывод продуктов диссимиляции, являющихся токсинами, наружу, то есть в межклеточную жидкость. Активный транспорт происходит против градиента концентрации и требует использования энергии в виде молекул АТФ. В нем также участвуют белки-переносчики, называемые АТФ-азами, являющиеся одновременно и ферментами.

Примером такого транспорта служит натрий-калиевый насос (ионы натрия переходят из цитоплазмы во внешнюю среду, а ионы калия закачиваются в цитоплазму). К нему способны эпителиальные клетки кишечника и почек. Разновидностями такого способа переноса служат процессы пиноцитоза и фагоцитоза. Таким образом, изучив, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана, можно установить, что к процессам пино- и фагоцитоза способны гетеротрофные протисты, а также клетки высших животных организмов, например, лейкоциты.

Биоэлектрические процессы в клеточных мембранах

Установлено, что существует разность потенциалов между наружной поверхностью плазмалеммы (она заряжена положительно) и пристеночным слоем цитоплазмы, заряженным отрицательно. Ее назвали потенциалом покоя, и она присуща всем живым клеткам. А нервная ткань имеет не только потенциал покоя, но и способна к проведению слабых биотоков, которое называют процессом возбуждения. Наружные мембраны нервных клеток-нейронов, принимая раздражение от рецепторов, начинают менять заряды: ионы натрия массированно поступают внутрь клетки и поверхность плазмалеммы становится электроотрицательной. А пристеночный слой цитоплазмы вследствие избытка катионов получает положительный заряд. Это объясняет, по какой причине происходит перезарядка наружной клеточной мембраны нейрона, что вызывает проведение нервных импульсов, лежащих в основе процесса возбуждения.

fb.ru

Клеточная мембрана: ее строение и функции

Содержание:

  • Что такое клеточная мембрана

  • История исследования клеточной мембраны

  • Свойства и функции клеточной мембраны

  • Строение клеточной мембраны

  • Клеточная мембрана, видео
  • Ни для кого не секрет, что все живые существа на нашей планете состоят их клеток, этих бесчисленных «атомов» органической материи. Клетки же в свою очередь окружены специальной защитной оболочкой – мембраной, играющей очень важную роль в жизнедеятельности клетки, причем функции клеточной мембраны не ограничиваются только лишь защитой клетки, а представляют собой сложнейший механизм, участвующий в размножении, питании, регенерации клетки.

    Что такое клеточная мембрана

    Само слово «мембрана» с латыни переводится как «пленка», хотя мембрана представляет собой не просто своего роду пленку, в которую обернута клетка, а совокупность двух пленок, соединенных между собой и обладающих различными свойствами. На самом деле клеточная мембрана это трехслойная липопротеиновая (жиро-белковая) оболочка, отделяющая каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды, и осуществляющая управляемый обмен между клетками и окружающей средой, так звучит академическое определение того что, представляет собой клеточная мембрана.

    Значение мембраны просто огромно, ведь она не просто отделяет одну клетку от другой, но и обеспечивает взаимодействие клетки, как с другими клетками, так и окружающей средой.

    История исследования клеточной мембраны

    Важный вклад в исследование клеточной мембраны был сделан двумя немецкими учеными Гортером и Гренделем в далеком 1925 году. Именно тогда им удалось провести сложный биологический эксперимент над красными кровяными тельцами – эритроцитами, в ходе которых ученые получили так званые «тени», пустые оболочки эритроцитов, которые сложили в одну стопку и измерили площадь поверхности, а также вычислили количество липидов в них. На основании полученного количества липидов ученые пришли к выводу, что их как раз хватаем на двойной слой клеточной мембраны.

    В 1935 году еще одна пара исследователей клеточной мембраны, на этот раз американцы Даниэль и Доусон после целой серии долгих экспериментов установили содержание белка в клеточной мембране. Иначе никак нельзя было объяснить, почему мембрана обладает таким высоким показателем поверхностного натяжения. Ученые остроумно представили модель клеточной мембраны в виде сэндвича, в котором роль хлеба играют однородные липидо-белковые слои, а между ними вместо масла – пустота.

    В 1950 году с появлением электронного микроскопа теорию Даниэля и Доусона удалось подтвердить уже практическими наблюдениями – на микрофотографиях клеточной мембраны были отчетливо видны слои из липидных и белковых головок и также пустое пространство между ними.

    В 1960 году американский биолог Дж. Робертсон разработал теорию о трехслойном строении клеточных мембран, которая долгое время считалась единственной верной, но с дальнейшим развитием науки, стали появляться сомнения в ее непогрешимости. Так, например, с точки зрения термодинамики клеткам было бы сложно и трудозатратно транспортировать необходимые полезные вещества через весь «сэндвич»

    И только в 1972 году американские биологи С. Сингер и Г. Николсон смогли объяснить нестыковки теории Робертсона с помощью новой жидкостно-мозаичной модели клеточной мембраны. В частности они установили что клеточная мембрана не однородна по своему составу, более того – ассиметрична и наполнена жидкостью. К тому же клетки пребывают в постоянном движении. А пресловутые белки, которые входят в состав клеточной мембраны имеют разные строения и функции.

    Рисунок клеточной мембраны.

    Свойства и функции клеточной мембраны

    Теперь давайте разберем, какие функции выполняет клеточная мембрана:

    Барьерная функция клеточной мембраны — мембрана как самый настоящий пограничник, стоит на страже границ клетки, задерживая, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы

    Транспортная функция клеточной мембраны – мембрана является не только пограничником у ворот клетки, но и своеобразным таможенным пропускным пунктом, через нее постоянно проходит обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой.

    Матричная функция – именно клеточная мембрана определяет расположение органоидов клетки относительно друг друга, регулирует взаимодействие между ними.

    Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и параллельно за правильно соединение клеток друг с другом, за формирование их в однородную ткань.

    Защитная функция клеточной мембраны является основой для построения защитного щита клетки. В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у черепахи, все это благодаря защитной функции мембраны.

    Энергетическая функция – фотосинтез и клеточное дыхание были бы невозможны без участия белка, содержащегося в клеточной мембране. Именно через белковые каналы происходит важный клеточный энергообмен, в этом заключаются самые главные функции белка в клеточной мембране.

    Рецепторная функция – и опять возвращаемся к белкам мембраны, помимо собственно энергообмена они обладают еще одной очень важной функцией – они служат рецепторами клеточной мембраны, благодаря которым клетка получает сигнал от гормонов и нейромедиаторов. Все это необходимо для нормального течения гормональных процессов и проведения нервного импульса.

    Ферментативная функция – еще одна важная функция, осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов.

    Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями:

    • Фагоцитоз – это клеточный обмен, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества.
    • Пиноцитоз – представляет собой процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной.
    • Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность.

    Строение клеточной мембраны

    В клеточной мембране имеются липиды трех классов:

    • фосфолипиды (представляются собой комбинацию жиров и фосфора),
    • гликолипиды (представляют собой комбинацию жиров и углеводов),
    • холестерол.

    Фосфолипиды и гликолипиды в свою очередь состоят из гидрофильной головки, в которую отходят два длинных гидрофобных хвостика. Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

    Но как бы там ни было, а самой важной частью строения клеточной мембраны является белок, точнее разные белки, играющие различные важные роли. Несмотря на разнообразие белков содержащихся в мембране есть нечто, что их объединяет – вокруг всех белков мембраны расположены аннулярные липиды. Аннулярные липиды – это особые структурированные жиры, которые служат своеобразной защитной оболочкой для белков, без которой они бы попросту не работали.

    Структура клеточной мембраны имеет три слоя: основу клеточной мембраны составляет однородный жидкий билипидный слой. Белки же покрывают его с обеих сторон наподобие мозаики. Именно белки помимо описанных выше функций также играют роль своеобразных каналов, по которым сквозь мембрану проходят вещества, неспособные проникнуть через жидкий слой мембраны. К таким относятся, например, ионы калия и натрия, для их проникновения через мембрану природой предусмотрены специальные ионные каналы клеточных мембран. Иными словами белки обеспечивают проницаемость клеточных мембран.

    Если смотреть на клеточную мембрану через микроскоп, мы увидим слой липидов, образованный маленькими шарообразными молекулами по которому плавают словно по морю белки. Теперь вы знаете, какие вещества входят в состав клеточной мембраны.

    Клеточная мембрана, видео

    И в завершение образовательное видео о клеточной мембране.


    www.poznavayka.org

    строение и функции :: SYL.ru

    Основная структурная единица живого организма - клетка, являющаяся дифференцированным участком цитоплазмы, окруженным клеточной мембраной. Ввиду того что клетка выполняет множество важнейших функций, таких, как размножение, питание, движение, оболочка должна быть пластичной и плотной.

    История открытия и исследования клеточной мембраны

    В 1925 году Гренделем и Гордером был поставлен успешный эксперимент по выявлению «теней» эритроцитов, или пустых оболочек. Несмотря на несколько допущенных грубых ошибок, учеными было произведено открытие липидного бислоя. Их труды продолжили Даниэлли, Доусон в 1935 году, Робертсон в 1960 году. В результате многолетней работы и накопления аргументов в 1972 году Сингер и Николсон создали жидкостно-мозаичную модель строения мембраны. Дальнейшие опыты и исследования подтвердили труды ученых.

    Значение

    Что же представляет собой клеточная мембрана? Это слово стало использоваться более ста лет назад, в переводе с латинского оно означает «пленка», «кожица». Так обозначают границу клетки, являющуюся естественным барьером между внутренним содержимым и внешней средой. Строение клеточной мембраны предполагает полупроницаемость, благодаря которой влага и питательные вещества и продукты распада свободно могут проходить сквозь нее. Эту оболочку можно назвать основной структурной составляющей организации клетки.

    Рассмотрим основные функции клеточной мембраны

    1. Разделяет внутреннее содержимое клетки и компоненты внешней среды.

    2. Способствует поддержанию постоянного химического состава клетки.

    3. Регулирует правильный обмен веществ.

    4. Обеспечивает взаимосвязь между клетками.

    5. Распознает сигналы.

    6. Функция защиты.

    "Плазменная оболочка"

    Наружная клеточная мембрана, называемая также плазменной, представляет собой ультрамикроскопическую пленку, толщина которой составляет от пяти до семи наномиллиметров. Она состоит преимущественно из белковых соединений, фосфолидов, воды. Пленка является эластичной, легко впитывает воду, а также стремительно восстанавливает свою целостность после повреждений.

    Отличается универсальным строением. Эта мембрана занимает пограничное положение, участвует в процессе избирательной проницаемости, выведении продуктов распада, синтезирует их. Взаимосвязь с «соседями» и надежная защита внутреннего содержимого от повреждения делает ее важной составляющей в таком вопросе, как строение клетки. Клеточная мембрана животных организмов иногда оказывается покрытой тончайшим слоем – гликокаликсом, в состав которого входят белки и полисахариды. Растительные клетки снаружи от мембраны защищены клеточной стенкой, выполняющей функции опоры и поддержания формы. Основной компонент ее состава – это клетчатка (целлюлоза) – полисахарид, не растворимый в воде.

    Таким образом, наружная клеточная мембрана выполняет функцию восстановления, защиты и взаимодействия с другими клетками.

    Строение клеточной мембраны

    Толщина этой подвижной оболочки варьируется в пределах от шести до десяти наномиллиметров. Клеточная мембрана клетки имеет особый состав, основой которого служит липидный бислой. Гидрофобные хвосты, инертные к воде, размещены с внутренней стороны, в то время как гидрофильные головки, взаимодействующие с водой, обращены наружу. Каждый липид представляет фосфолипид, который является результатом взаимодействия таких веществ, как глицерин и сфингозин. Липидный каркас тесно окружают белки, которые расположены несплошным слоем. Некоторые из них погружены в липидный слой, остальные проходят сквозь него. В результате этого образуются проницаемые для воды участки. Выполняемые этими белками функции различны. Некоторые из них являются ферментами, остальные - транспортными белками, которые переносят различные вещества из внешней среды на цитоплазму и обратно.

    Клеточная мембрана насквозь пронизана и тесно связана интегральными белками, а с переферическими связь менее прочная. Эти белки выполняют важную функцию, которая заключается в поддержании структуры мембраны, получении и преобразовании сигналов из окружающей среды, транспорте веществ, катализации реакций, которые происходят на мембранах.

    Состав

    Основу клеточной мембраны представляет бимолекулярный слой. Благодаря его непрерывности клетка имеет барьерное и механическое свойства. На разных этапах жизнедеятельности данный бислой может нарушиться. Вследствие этого образуются структурные дефекты сквозных гидрофильных пор. В таком случае могут изменяться абсолютно все функции такой составляющей, как клеточная мембрана. Ядро при этом может пострадать от внешних воздействий.

    Свойства

    Клеточная мембрана клетки имеет интересные особенности. Благодаря текучести эта оболочка не является жесткой структурой, а основная часть белков и липидов, которые входят в ее состав, свободно перемещается на плоскости мембраны.

    В целом клеточная мембрана асимметрична, поэтому состав белковых и липидных слоев различается. Плазматические мамбраны в животных клетках со своей наружной стороны имеют гликопротеиновый слой, который выполняет рецепторные и сигнальные функции, а также играет большую роль в процессе объединения клеток в ткань. Клеточная мембрана является полярной, то есть на внешней стороне заряд положителен, а с внутренней стороны – отрицателен. Помимо всего перечисленного, оболочка клетки обладает избирательной проницательностью. Это означает, что кроме воды в клетку пропускается только определенная группа молекул и ионов растворившихся веществ. Концентрация такого вещества, как натрий, в большинстве клеток значительно ниже, чем во внешней среде. Для ионов калия характерно другое соотношение: их количество в клетке намного выше, чем в окружающей среде. В связи с этим ионам натрия присуще стремление проникнуть в клеточную оболочку, а ионы калия стремятся освободиться наружу. При данных обстоятельствах мембрана активизирует особую систему, выполняющую «насосную» роль, выравнивая концентрацию веществ: ионы натрия откачиваются на поверхность клетки, а ионы калия накачиваются внутрь. Данная особенность входит в важнейшие функции клеточной мембраны.

    Подобное стремление ионов натрия и калия переместиться внутрь с поверхности играет большую роль в вопросе транспортировки сахара и аминокислот в клетку. В процессе активного удаления ионов натрия из клетки мембрана создает условия для новых поступлений глюкозы и аминокислот внутрь. Напротив, в процессе переноса ионов калия внутрь клетки пополняется число "транспортировщиков" продуктов распада изнутри клетки во внешнюю среду.

    Как происходит питание клетки через клеточную мембрану?

    Многие клетки поглощают вещества посредством таких процессов, как фагоцитоз и пиноцитоз. При первом варианте гибкой наружной мембраной создается маленькое углубление, в котором оказывается захватываемая частица. Затем диаметр углубления становится больше, пока окруженная частица не попадет в клеточную цитоплазму. Посредством фагоцитоза подпитываются некоторые простейшие, например амебы, а также кровяные тельца - лейкоциты и фагоциты. Аналогичным образом клетки поглощают жидкость, которая содержит необходимые полезные вещества. Такое являние носит название пиноцитоз.

    Наружная мембрана тесно соединена с эндоплазматической сетью клетки.

    У многих типов основных составляющих ткани на поверхности мембраны расположены выступы, складки, микроворсинки. Растительные клетки снаружи этой оболочки покрыты еще одной, толстой и отчетливо различимой в микроскоп. Клетчатка, из которой они состоят, помогает формировать опору тканям растительного происхождения, например, древесину. Клетки животных также обладают рядом внешних структур, которые находятся поверх клеточной мембраны. Они носят исключительно защитный характер, пример тому – хитин, содержащийся в покровных клетках насекомых.

    Помимо клеточной, существует внутриклеточная мембрана. Ее функция заключается в разделении клетки на несколько специализированных замкнутых отсеков – компартментов или органелл, где должна поддерживаться определенная среда.

    Таким образом, невозможно переоценить роль такой составляющей основной единицы живого организма, как клеточная мембрана. Строение и функции предполагают значительное расширение общей площади поверхности клетки, улучшение обменных процессов. В состав этой молекулярной структуры входят белки и липиды. Отделяя клетку от внешней среды, мембрана обеспечивает ее целостность. С ее помощью межклеточные связи поддерживаются на достаточно крепком уровне, образовывая ткани. В связи с этим можно сделать вывод, что одну из важнейших ролей в клетке играет клеточная мембрана. Строение и функции, выполняемые ею, радикально отличаются в различных клетках, в зависимости от их предназначения. Посредством этих особенностей достигается разнообразие физиологической активности клеточных оболочек и их ролей в существовании клеток и тканей.

    www.syl.ru

    Мембраны: их строение и функционирование

    Мембраны – это чрезвычайно вязкие и вместе с тем пластичные структуры, окружающие все живые клетки. Функцииклеточных мембран:

    1.Плазматическая мембрана является барьером, с помощью которого поддерживается различный состав вне- и внутриклеточной среды.

    2.Мембраны формируют специализированные компартменты внутри клетки, т.е. многочисленные органеллы – митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, ядерные мембраны.

    3.В мембранах локализованы ферменты, участвующие в преобразовании энергии в таких процессах, как окислительное фосфорилирование и фотосинтез.

    Строение и состав мембран

    Основу мембраны составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфолипиды и гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Белковые молекулы как бы “растворены” в липидном бислое.

    Структура липидов мембран

    Мембранные липиды − амфифильные молекулы, т.к. в молекуле есть как гидрофильный участок (полярные головки), так и гидрофобный участок, представленный углеводородными радикалами жирных кислот, самопроизвольно формирующие бислой. В мембранах присутствуют липиды трех главных типов – фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.

    Липидный состав различен. Содержание того или иного липида, по-видимому, определяется разнообразием функций, выполняемых этими липидами в мембранах.

    Фосфолипиды. Все фосфолипиды можно разделить на две группы – глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицерофосфолипиды относят к производным фосфатидной кислоты. Наиболее распространенные глицерофосфолипиды – фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Сфингофосфолипиды построены на основе аминоспирта сфингозина.

    Гликолипиды. В гликолипидах гидрофобная часть представлена спиртом церамидом, а гидрофильная – углеводным остатком. В зависимости от длины и строения углеводной части различают цереброзиды и ганглиозиды. Полярные “головки” гликолипидов находятся на наружной поверхности плазматических мембран.

    Холестерол (ХС). ХС присутствует во всех мембранах животных клеток. Его молекула состоит из жесткого гидрофобного ядра и гибкой углеводородной цепи. Единственная гидроксильная группа в 3-положении является “полярной головкой”. Для животной клетки среднее молярное отношение ХС/фосфолипиды равно 0,3-0,4, но в плазматической мембране это отношение гораздо выше (0,8-0,9). Наличие ХС в мембранах уменьшает подвижность жирных кислот, снижает латеральную диффузию липидов и поэтому может влиять на функции мембранных белков.

    Свойства мембран:

    1. Избирательная проницаемость. Замкнутый бислой обеспечивает одно из основных свойств мембраны: он непроницаем для большинства водорастворимых молекул, поскольку они не растворяются в его гидрофобной сердцевине. Способностью легко проникать в клетку обладают газы, такие как кислород, СО2и азот вследствие малого размера молекул и слабого взаимодействия с растворителями. Также без труда проникают через бислой молекулы липидной природы, например, стероидные гормоны.

    2.Жидкостность. Для мембран характерна жидкостность (текучесть), способность липидов и белков к перемещениям. Возможны два типа перемещений фосфолипидов – это кувырок (в научной литературе называется “флип-флоп”) и латеральная диффузия. В первом случае противостоящие друг другу в бимолекулярном слое молекулы фосфолипидов переворачиваются (или совершают кувырок) навстречу друг другу и меняются местами в мембране, т.е. наружная становится внутренней и наоборот. Такие перескоки связаны с затратой энергии. Чаще наблюдаются повороты вокруг оси (ротация) и латеральная диффузия – перемещение в пределах слоя параллельно поверхности мембраны. Скорость перемещения молекул зависит от микровязкости мембран, которая, в свою очередь определяется относительным содержанием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе липидов. Микровязкость меньше, если в составе липидов преобладают ненасыщенные жирные кислоты, и больше при высоком содержании насыщенных жирных кислот.

    3.Асимметрия мембран. Поверхности одной и той же мембраны различаются по составу липидов, белков и углеводов (поперечная асимметрия). Например, в наружном слое преобладают фосфатидилхолины, а во внутреннем – фосфатидилэтаноламины и фосфатидилсерины. Углеводные компоненты гликопротеинов и гликолипидов выходят на наружную поверхность, образуя сплошное поурытие, называемое гликокаликсом. На внутренней поверхности углеводы отсутствуют. Белки – рецепторы гормонов располагаются на наружной поверхности плазматической мембраны, а регулируемые ими ферменты – аденилатциклаза, фосфолипаза С – на внутренней и т.д.

    Мембранные белки

    Мембранные фосфолипиды играют роль растворителя для мембранных белков, создавая микроокружение, в котором последние могут функционировать. На долю белков приходится от 30 до 70% массы мембран. Число разных белков в мембране варьирует от 6-8 в саркоплазматическом ретикулуме до более чем 100 в плазматической мембране. Это ферменты, транспортные белки, структурные белки, антигены, в том числе антигены основной системы гистосовместимости, рецепторы для различных молекул.

    По локализации в мембране белки подразделяются на интегральные (частично или полностью погруженные в мембрану) и периферические (расположенные на ее поверхности). Некоторые интегральные белки пронизывают мембрану один раз (гликофорин), другие прошивают мембрану многократно. Например, фоторецептор сетчатки глаза и β2-адренорецептор пересекает бислой 7 раз.

    Периферические белки и домены интегральных белков, расположенные на наружной поверхности всех мембран, почти всегда гликозилированы. Олигосахаридные остатки защищают белок от протеолиза, а также участвуют в узнавании лигандов или адгезии.

    studfiles.net

    Что такое мембрана? Строение и функции мембраны

    Что такое мембрана? Это понятие используется в различных жизненных сферах и науках. Причем в каждой из них оно имеет разное значение. Но, так или иначе, использование данного термина связано со значением самого слова. В переводе с латыни «мембрана» – это перепонка.

    Различные интерпретации понятия

    В технике и инженерии данное понятие используют, когда говорят о тонкой пленке или пластинке, закрепленной по контуру, как в микрофонах или манометрах.

    В биологии под мембраной подразумевают эластичную молекулярную структуру, имеющуюся в каждой клетке и выполняющую функцию защиты от воздействий окружающей среды. Она обеспечивает целостность клетки и участвует в обменных процессах с внешним миром.

    Мембрана обратного осмоса

    Одним из недавних изобретений является модуль обратного осмоса, который используется для очищения воды. Данная конструкция представляет собой трубу, имеющую дно и крышку. А внутри этой трубы как раз и располагается мембрана обратного осмоса, наличие которой обеспечивает получение сверхчистой воды, освобожденной от различных бактериологических загрязнений и биологических отложений. Механизм очистки жидкости основан на сведении к минимуму мертвых пространств, в которых и могут скапливаться бактерии.

    Данные модули получили широкое применение в медицине, а если быть точнее, то они снабжают приборы для гемодиализа сверхчистой водой.

    Мембраны гидроаккумуляторов и расширительных баков. Их замена

    Гидроаккумуляторы и расширительные баки – это приборы, которые используют для того, чтобы компенсировать избыточное давление (объем) внутри нагревательных устройств.

    Что такое мембрана в данном случае? Этот элемент является основной составляющей устройств подобного типа. Он влияет на показатели работоспособности и надежности всей системы. По форме мембрана может различаться. Она бывает диафрагменная, шаровая и баллонная. Если у бака большой объем, то в заднюю часть элемента вставляется металлический штуцер, в котором есть отверстие для стравливания воздуха. В зависимости от сферы использования прибора подбирается материал для изготовления мембраны. Например, в расширительных баках системы отопления главным критерием служит уровень термостойкости и долговечности. В случае с холодным водоснабжением при выборе материала мембраны руководствуются критерием динамической эластичности.

    К сожалению, не существует материала, который можно было бы назвать универсальным. Поэтому его правильный выбор является одним из важнейших условий длительной эксплуатации прибора и его эффективной работы. Чаще всего пластины изготавливают из натуральной каучуковой, синтетической бутиловой или этиленпропиленовой резины.

    Замена мембраны осуществляется путем отсоединения гидроаккумулятора или расширительного бака от системы. Сначала отсоединяются винты, которые скрепляют фланец и корпус. В некоторых приборах имеется еще крепление в зоне ниппеля. После его устранения мембрану можно легко извлечь. Путем совершения обратных действий нужно поставить новую мембрану.

    Полимерные мембраны

    Понятие «полимерная мембрана» применяется в нескольких случаях. Во-первых, его используют, говоря об одном из самых современных и продвинутых с точки зрения практичности кровельных материалов. Такой тип мембран производится путем применения метода экструдирования, обеспечивающего отсутствие пустот в составе готового материала. К достоинствам полимерного изделия можно отнести абсолютную водонепроницаемость, паропроницаемость, небольшой вес, прочность, низкий уровень горючести, экологическую безопасность.

    Термин «полимерная мембрана» часто используется, когда речь заходит об уже упомянутых выше пластинах обратного осмоса, а также других видах оболочек, изготовленных из органических полимеров. Это микро- и ультрафильтрационные изделия, перепонки, используемые при нанофильтрации. Преимущество полимерных мембран в данном контексте заключается в высокой технологичности и больших возможностях управления свойствами и структурой материала. При этом используются небольшие химические и технологические вариации процесса изготовления.

    Клеточная мембрана. Клетки – единицы всего живого

    Давно известен факт, что основной структурной единицей живого организма является клетка. Она представляет собой дифференцированный участок цитоплазмы, который окружен клеточной мембраной. В процессе эволюции, по мере расширения пределов функциональности, она приобрела пластичность и тонкость, ведь важнейшие процессы в организме происходят именно в клетках.

    Клеточная мембрана – это граница клетки, представляющая собой естественный барьер между ее внутренним содержимым и окружающей средой. Основной характерной особенностью оболочки является полупроницаемость, которая обеспечивает проникновение в клетку влаги и питательных веществ и выведение из нее продуктов распада. Клеточная мембрана – это основная структурная составляющая организации клетки.

    Исторические факты, связанные с открытием и исследованием клеточной мембраны

    В 1925 году Грендель и Гордер успешно поставили эксперимент по выявлению «теней» эритроцитов. Именно они в процессе опытов впервые обнаружили липидный бислой. Продолжатели их работы Даниэлли, Доусон, Робертсон, Николсон в разные годы трудились над созданием жидкостно-мозаичной модели структуры мембраны. Окончательно это удалось сделать Сингшеру в 1972 году.

    Основные функции клеточной мембраны

    • Отделение внутреннего содержимого клетки от компоненты внешней среды.
    • Способствование поддержанию постоянства химического состава внутри клетки.
    • Регулирование сбалансированности обмена веществ.
    • Обеспечение взаимосвязи между клетками.
    • Сигнальная функция.
    • Защитная функция.

    Плазменная оболочка

    Что такое мембрана, которую называют плазменной оболочкой? Это наружная клеточная стенка, которая по своему строению является ультрамикроскопической пленкой толщиной 5-7 наномиллиметров. В ее состав входят белковые соединения, фосфолипиды, вода. Пленка, будучи весьма эластичной, хорошо впитывает влагу, а также имеет способность со стремительной скоростью восстанавливать свою целостность.

    Для плазменной мембраны характерно универсальное строение. Ее пограничное положение обуславливает участие в процессе избирательной проницаемости при выведении из клетки продуктов распада. Взаимодействуя с соседними элементами и надежно защищая содержимое от повреждения, наружная мембрана является одним из самых главных компонентов строения клетки.

    Тончайший слой, который иногда покрывает клеточную мембрану живых организмов, называют гликокаликсом. Он состоит из белков и полисахаридов. А в растительных клетках мембрану сверху защищает специальная стенка, которая также выполняет опорную функцию и поддерживает форму. Она в основном состоит из клетчатки – нерастворимого полисахарида.

    Таким образом, можно сделать вывод, что основными функциями наружной клеточной мембраны являются восстановление, защита и взаимодействие с соседними клетками.

    Особенности строения

    Что такое мембрана? Это подвижная оболочка, ширина которой составляет 6-10 наномиллиметров. Основу ее строения составляет липидный бислой и белки. Углеводы также имеются в мембране, однако на их долю приходится лишь 10% от массы мембран. Но они в обязательном порядке содержатся в гликолипидах или гликопротеинах.

    Если говорить о соотношении количества белков и липидов, то оно может сильно варьироваться. Все зависит от типа ткани. Например, в миелине содержится около 20% белка, а в митохондриях – около 80%. Состав мембраны напрямую влияет на ее плотность. Чем больше содержание белка, тем выше плотность оболочки.

    Многообразие функций липидов

    Каждый липид по своей природе является фосфолипидом, образующимся в результате взаимодействия глицерина и сфингозина. Вокруг липидного каркаса плотно располагаются белки мембраны, однако их слой не сплошной. Некоторые из них погружены в слой липидов, а другие как бы пронизывают его. Этим и обусловлено наличие участков, проницаемых для воды.

    Очевидным является тот факт, что состав липидов в различных мембранах не случайный, но четкого объяснения данному феномену пока не найдено. В любой конкретной оболочке может содержаться до ста различных типов молекул липидов. Рассмотрим факторы, которые, возможно, влияют на определение липидного состава молекулы мембраны.

    • Во-первых, смесь липидов в обязательном порядке должна иметь способность к образованию стабильного бислоя, в котором могут функционировать белки.
    • Во-вторых, липиды должны способствовать стабилизации сильно деформированных мембран, установлению контакта между оболочками или связыванию определенных белков.
    • В-третьих, липиды – биорегуляторы.
    • В-четвертых, некоторые липиды являются активными участниками реакций биосинтеза.

    Белки клеточной мембраны

    Белки выполняют несколько функций. Одни играют роль ферментов, а другие –транспортируют разного рода вещества из окружающей среды внутрь клетки и обратно.

    Строение и функции мембраны устроены таким образом, что интегральные белки насквозь пронизывают ее, обеспечивая тесную связь. А вот периферические белки связаны с мембраной не слишком тесно. Их функция состоит в том, чтобы поддерживать структуру оболочки, получать и преобразовывать сигналы из внешней среды, а также служить катализаторами различных реакций.

    Состав мембраны представлен, прежде всего, бимолекулярным слоем. Его непрерывность обеспечивает барьерные и механические свойства клетки. В процессе жизнедеятельности может происходить нарушение структуры бислоя, которое приводит к образованию структурных дефектов сквозных гидрофильных пор. Вслед за этим могут нарушиться все функции клеточной мембраны.

    Свойства оболочки

    Особенности клеточной мембраны обусловлены ее текучестью, благодаря которой она не имеет жесткой структуры. Липиды, входящие в ее состав, могут свободно перемещаться. Можно наблюдать асимметрию клеточной мембраны. Это и является причиной различия составов белкового и липидного слоев.

    Доказана полярность клеточной мембраны, то есть ее внешняя сторона имеет положительный заряд, а внутренняя – отрицательный. Также следует отметить, что оболочка имеет избирательную проницательность. Она пропускает внутрь, помимо воды, только определенные группы молекул и ионов растворенных веществ.

    Особенности строения клеточной мембраны у растительных и животных организмов

    Наружная мембрана и эндоплазматическая сеть клетки тесно соединены. Часто поверхность оболочки покрыта еще и различными выступами, складками, микроворсинками. Плазматическая мембрана клетки животных организмов снаружи покрыта гликопротеиновым слоем, выполняющим рецепторную и сигнальную функции. У растительных клеток снаружи этой оболочки находится еще одна, толстая и отчетливо различимая под микроскопом. Клетчатка, из которой она состоит, участвует в формировании опоры у тканей растительного происхождения, например, древесины.

    У клеток животных тоже имеются внешние структуры, расположенные снаружи мембраны. Они выполняют исключительно защитную функцию. В качестве примера можно привести хитин, который содержится в покровной ткани насекомых.

    Кроме клеточной, имеется внутриклеточная, или внутренняя мембрана. Она делит клетку на специализированные замкнутые отсеки, которые называются органеллами. В них постоянно должна поддерживаться определенная среда.

    Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что клеточная мембрана, характеристики которой доказывают ее важность в функционировании всего организма, имеет сложный состав и строение, зависящие от многих внутренних и внешних факторов. Повреждение этой пленки может привести к гибели клетки.

    Таким образом, строение и функции мембраны зависят от сферы науки или области промышленности, в которых применяется данное понятие. В любом случае этот элемент представляет собой оболочку или перегородку, которая обладает гибкостью и закрепляется по краям.

    fb.ru

    Какие функции выполняет наружная клеточная мембрана? Строение наружной клеточной мембраны

    Изучением строения клеток прокариотических организмов, а также растений животных и человека занимается раздел биологии, называемый цитологией. Ученые установили, что содержимое клетки, которое находится внутри нее, построено довольно сложно. Его окружает так называемый поверхностный аппарат, в состав которого входят наружная клеточная мембрана, надмембранные структуры: гликокаликс и клеточная стенка, а также микронити, пеликула и микротрубочки, образующие её подмембранный комплекс.

    В данной статье мы изучим строение и функции наружной клеточной мембраны, входящей в поверхностный аппарат различных видов клеток.

    Какие функции выполняет наружная клеточная мембрана

    Как было описано ранее, наружная мембрана является частью поверхностного аппарата каждой клетки, который успешно отделяет ее внутреннее содержимое и защищает клеточные органеллы от неблагоприятных условий внешней среды. Еще одна функция - это обеспечение обмена веществ между клеточным содержимым и тканевой жидкостью, поэтому наружная клеточная мембрана осуществляет транспорт молекул и ионов, поступающих в цитоплазму, а также помогает удалять шлаки и избыток токсичных веществ из клетки.

    А вирусы и бактерии, так называемые бактериофаги, прикрепляются к мембране клетки и в месте контакта растворяют ее с помощью особого фермента. Затем в образовавшееся отверстие проходит молекула вирусной ДНК.

    Особенности строения плазмалеммы эукариот

    Напомним, что наружная клеточная мембрана выполняет функцию транспорта, то есть переноса веществ в цитоплазму клетки и из нее во внешнюю среду. Для осуществления такого процесса необходимо специальное строение. Действительно, плазмалемма представляет собой постоянную, универсальную для всех эукариотических клеток систему поверхностного аппарата. Это тоненькая (2-10 Нм), но достаточно плотная многослойная пленка, которая покрывает всю клетку. Её строение было изучено в 1972 году такими учеными, как Д. Сингер и Г. Николсон, ими же создана жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны.

    Главные химические соединения, которые её образуют - это упорядоченно расположенные молекулы белков и определенных фосфолипидов, которые вкраплены в жидковатую липидную среду и напоминают мозаику. Таким образом, клеточная мембрана состоит из двух слоев липидов, неполярные гидрофобные «хвосты» которых находятся внутри мембраны, а полярные гидрофильные головки обращены к цитоплазме клетки и к межклеточной жидкости.

    Слой липидов пронизывается крупными белковыми молекулами, образующими гидрофильные поры. Именно через них транспортируются водные растворы глюкозы и минеральных солей. Некоторые белковые молекулы находятся как на внешней, так и на внутренней поверхности плазмалеммы. Таким образом, на наружной клеточной мембране в клетках всех организмов, имеющих ядра, находятся молекулы углеводов, связанные ковалентными связями с гликолипидами и гликопротеидами. Содержание углеводов в клеточных мембранах колеблется от 2 до 10%.

    Строение плазмалеммы прокариотических организмов

    Наружная клеточная мембрана у прокариот выполняет сходные функции с плазмалеммами клеток ядерных организмов, а именно: восприятие и передача информации, поступающей из внешней среды, транспорт ионов и растворов в клетку и из нее, защита цитоплазмы от чужеродных реагентов извне. Она может образовывать мезосомы – структуры, возникающие при впячивании плазмалеммы внутрь клетки. На них могут находиться ферменты, участвующие в метаболических реакциях прокариот, например, в репликации ДНК, синтезе белков.

    Мезосомы также содержат окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтетиков находятся бактериохлорофилл (у бактерий) и фикобилин (у цианобактерий).

    Роль наружных мембран в межклеточных контактах

    Продолжая отвечать на вопрос, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана, остановимся на ее роли в межклеточных контактах. У растительных клеток в стенках наружной клеточной мембраны образуются поры, переходящие в целлюлозный слой. Через них возможен выход цитоплазмы клетки наружу, такие тонкие каналы называют плазмодесмами.

    Благодаря им связь между соседними растительными клетками очень прочная. У клеток человека и животных места контактов соседних клеточных мембран называются десмосомами. Они характерны для эндотелиальных и эпителиальных клеток, а также встречаются у кардиомиоцитов.

    Вспомогательные образования плазмалеммы

    Разобраться, чем отличаются растительные клетки от животных, помогает изучение особенностей строения их плазмалемм, которые зависят от того, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана. Над ней у животных клеток находится слой гликокаликс. Он образован молекулами полисахаридов, связанных с белками и липидами наружной клеточной мембраны. Благодаря гликокаликсу между клетками возникает адгезия (слипание), приводящая к образованию тканей, поэтому он принимает участие в сигнальной функции плазмалеммы – распознавании раздражителей внешней среды.

    Как осуществляется пассивный транспорт определенных веществ через клеточные мембраны

    Как было уже сказано ранее, наружная клеточная мембрана участвует в процессе транспортировки веществ между клеткой и внешней средой. Существует два вида переноса через плазмалемму: пассивный (дифузионный) и активный транспорт. К первому относится диффузия, облегченная диффузия и осмос. Движение веществ по градиенту концентрации зависит, прежде всего, от массы и величины молекул, проходящих через клеточную мембрану. Например, мелкие неполярные молекулы легко растворяются в среднем липидном слое плазмалеммы, продвигаются через нее и оказываются в цитоплазме.

    Крупные молекулы органических веществ проникают в цитоплазму с помощью специальных белков-переносчиков. Они имеют видовую специфичность и, соединяясь с частицей или ионом, без затрат энергии пассивно переносят их через мембрану по градиенту концентрации (пассивный транспорт). Этот процесс лежит в основе такого свойства плазмалеммы, как избирательная проницаемость. В процессе пассивного транспорта энергия молекул АТФ не используется, и клетка сберегает её на другие метаболические реакции.

    Активный транспорт химических соединений через плазмалемму

    Так как наружная клеточная мембрана обеспечивает перенос молекул и ионов из внешней среды внутрь клетки и обратно, становится возможным вывод продуктов диссимиляции, являющихся токсинами, наружу, то есть в межклеточную жидкость. Активный транспорт происходит против градиента концентрации и требует использования энергии в виде молекул АТФ. В нем также участвуют белки-переносчики, называемые АТФ-азами, являющиеся одновременно и ферментами.

    Примером такого транспорта служит натрий-калиевый насос (ионы натрия переходят из цитоплазмы во внешнюю среду, а ионы калия закачиваются в цитоплазму). К нему способны эпителиальные клетки кишечника и почек. Разновидностями такого способа переноса служат процессы пиноцитоза и фагоцитоза. Таким образом, изучив, какие функции выполняет наружная клеточная мембрана, можно установить, что к процессам пино- и фагоцитоза способны гетеротрофные протисты, а также клетки высших животных организмов, например, лейкоциты.

    Биоэлектрические процессы в клеточных мембранах

    Установлено, что существует разность потенциалов между наружной поверхностью плазмалеммы (она заряжена положительно) и пристеночным слоем цитоплазмы, заряженным отрицательно. Ее назвали потенциалом покоя, и она присуща всем живым клеткам. А нервная ткань имеет не только потенциал покоя, но и способна к проведению слабых биотоков, которое называют процессом возбуждения. Наружные мембраны нервных клеток-нейронов, принимая раздражение от рецепторов, начинают менять заряды: ионы натрия массированно поступают внутрь клетки и поверхность плазмалеммы становится электроотрицательной. А пристеночный слой цитоплазмы вследствие избытка катионов получает положительный заряд. Это объясняет, по какой причине происходит перезарядка наружной клеточной мембраны нейрона, что вызывает проведение нервных импульсов, лежащих в основе процесса возбуждения.

    autogear.ru

    Строение, свойства и функции наружной плазматической мембраны - Документ

    Строение, свойства и функции наружной плазматической мембраны.

    Наружная плазматическая мембрана является обязательно составной частью любой клетки. Она служит барьером, который обособляет содержимое клетки от внешней среды и обеспечивает ее целостность. Она обеспечивает взаимодействие клетки с другими клетками организма. Особенности химического состава, строения и функционирования наружной плазматической мембраны создают для клетки возможность существования как единой целостной структуры, открытой системы, обменивающейся с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Целостность самой мембраны поддерживается структурными компонентами цитоплазмы клетки.

    Основные понятия.

    Клеточная мембрана Избирательная проницаемость Экзоцитоз

    Липиды Самосборка мембраны Трансцитоз

    Липидные слои Пассивный транспорт Ионный канал

    Интегральные белки Активный транспорт Осмос

    Поверхностные белки Диффузия Микроворсинки

    Глицерофосфолипиды Облегченная диффузия Гликокаликс

    Межклеточные контакты Эндоцитоз Белок-переносчик

    Жидкостно-мозаичная модель Пиноцитоз Адгезия

    Асимметрия мембраны Фагоцитоз Холестерин

    Опосредованный рецепторами эндоцитоз Липосома Амфифильность

    Рецепторный белок Сигнальный путь Лиганд

    Амфипатичные молекулы Транспортный белок

    1. Химический состав, строение и свойства наружной плазматической мембраны.

      1. Липиды и углеводы мембраны.

    Основу любой клеточной мембраны составляет двойной липидный слой. Липидные слои не являются плоскими, они всегда изгибаются, замыкаясь сами на себя, устраняя свободные края и образуя полые структуры – пузырьки, вакуоли, вытянутые мешкообразные структуры и т.п. Эти особенности строения мембраны обусловлены особенностями строения молекул липидов и их взаимодействием с полярными молекулами воды.

    Липиды представляют собой обширную группу химических соединений, которая объединяет разные по строению вещества, но обладающие одним общим свойством – гидрофобностью. Характерным примером гидрофобной молекулы является триацилглицерин, или триацилглицерид – производное трехатомного спирта глицерина и трех жирных кислот (рис.1).

    Рис.1 Триацилглицерин.

    1 – остаток глицерина

    2-4 – остатки трех насыщенных жирных кислот

    Молекулы триацилглицерола не растворяются в воде; молекулы воды, взаимодействуя друг с другом многочисленными водородными связями, оттесняют молекулы липидов и те оказываются вместе друг с другом, формируя скопление гидрофобных молекул, окруженное молекулами воды. Создается впечатление, что они взаимодействуют друг с другом особыми – гидрофобными – связями. Таких связей не существует в природе; этим термином обозначают поведение липидов в окружении молекул воды: полярные молекулы воды, взаимодействуя друг с другом, ''подталкивают'' неполярные молекулы друг к другу.

    В группу липидов включают следующие химические соединения:

    1) Жирные кислоты: насыщенные (олеиновая, пальмитолеиновая) и ненасыщенные, содержащие двойные связи (линолевая, арахидоновая).

    2) Мыла - соли жирных кислот

    3) Триацилглицерины, или нейтральные жиры (рис.1), которые являются важными компонентами пищи челевека. В состав природных жиров обычно входят жирные кислоты с четным числом атомов углерода.

    4) Фосфолипиды – липиды, содержащие не только жирные кислотиы и спирт, но и остаток фосфорной кислоты, с которым часто связаны азотсодержащие соединения и моносахариды.

    а) Фосфоглицериды – похожие на триацилглицерины вещества, у которых вместо одной жирной кислоты расположен остаток фосфорной кислоты, связанный с остатком низкомолекулярного химического соединения, таким как этаноламин, холин, серин, инозит и т.п. (рис.2а)

    Рис.2. Фосфатидилхолин (лецитин)– один из фосфолипидов мембраны.

    1 – гидрофобные остатки жирных кислот

    2 – полярная гидрофильная химическая группировка, способная взаимодействовать с полярными молекулами воды.

    Обычно одна из жирных кислот фосфоглицеридов является насыщенной, а другая – ненасыщенной, то есть содержащей двойные связи.

    б) сфингофосфолипиды – производные многоатомного аминоспирта сфингозина, с которым связаны остатки фосфорной кислоты и жирной кислот, а также остатки холина в сфингомиелине и галактозы или глюкозы - в цереброзиде. Миелин оболочек, окружающих и изолирующих многие нервные волокна, состоит, в основном, из сфингомиелина.

    Молекулы фосфолипидов имеют две группы участков: гидрофобные и гидрофильные. Вещества, обладающие одновременно и гидрофобными, и гидрофильными химическими группами, называются амфипатическими, а свойство молекулы иметь в своем составе как гидрофильные, так и гидрофобные группы, называется амфифильностью. При описании строения мембраны фосфоглицериды принято изображать в виде полярной ''головки'' и двух неполярных ''хвостов'' (рис.2б). Полярные ''головки'' фосфоглицеридов взаимодействуют с молекулами воды, а неполярные ''хвосты'' подталкиваются молекулами воды друг к другу. В результате этого фосфолипиды располагаются в два слоя, в которых их полярные головки обращены к водной среде – межклеточной жидкости и цитоплазме, а неполярные хвосты оттесняются в центральную область мембраны (рис.3, 4).

    1

    6

    7

    3 5

    2

    4

    Рис.3. Подвижность липидов наружной плазматической мембраны.

    1 – перемещение вдоль слоя

    2 – вращение вокруг своей оси

    3 – колебательные движения гидрофобных участков

    4 – полярные молекулы воды

    5 – двойной липидный слой

    6 – полярная головка фосфолипида

    7 – гидрофобные хвосты фосфолипида

    Липиды одного слоя обнаруживают высокую подвижность (рис.3): их гидрофобные участки совершают колебательные движения, а сами фосфолипиды очень быстро вращаются вокруг своей оси и перемещаются вдоль слоя, в котором они находятся. Благодаря этому липидные слои ведут себя как густая маслянистая жидкость, то есть обладают определенной текучестью. Чрезвычайно редко липиды переходят из слоя в слой.

    Межклеточная среда

    2 2

    3 4 5 3 5

    1 6

    11

    10

    12

    9

    7 8 13 7 8 14

    цитоплазма

    Рис.4. Схема строения наружной плазматической мембраны животной клетки.

    1 – интегральный белок наружного слоя

    2 – олигосахарид, ковалентно связанный с белком

    3 – периферический белок наружного слоя

    4 – интегральный белок, пронизывающий мембрану насквозь

    5 – олигосахарид, ковалентно связанный с липидом

    6 - полярная головка фосфолипида

    7 – периферический белок внутреннего слоя

    8 – интегральный белок внутреннего слоя мембраны

    9 – гидрофобные хвосты фосфолипида

    10 – двойной липидный слой

    11 – наружный липидный слой

    12 – внутренний липидный слой

    13 – холестерин

    14 – молекулы воды

    5)Гликолипиды – производные сфингозина, с которым связана жирная кислота и разветвленные олигосахариды. В эту группу входит сиаловая кислота и химические соединения, обусловливающие принадлежность человека к той или иной группе крови системы АВО. Гликолипиды всегда располагаются во внешнем слое плазматической мембраны и их углеводная часть находится во внешней для клетки среде (рис.4).

    6) Стероиды – производные фенантрена,с которым соединено циклопентановое кольцо. Эта группа включает в себя холестерин (рис.5), желчные кислоты, гормоны коры надпочечников,половые гормоны, витамины группы D и другие важные для организма вещества.

    Рис.5. Холестерин.

    1 – гидрофильный участок молекулы

    2 – гидрофобный участок молекулы

    Холестерин является одним из главных компонентов плазматической мембраны (рис.3,6). Гидрофильная группа ОН- холестерина взаимодействует с полярной головкой мембранного фосфолипида , а его гидрофобная углеводородная цепь располагается между гидрофобными хвостами фосфолипидов. Холестерин скрепляет фосфолипидный слой и препятствует плотной упаковке гидрофобных хвостов, повышая тем самым текучесть мембраны.

    Рис.6. Взаимодействие холестерина с фосфолипидами мембраны.

    1 – гидрофильный участок фосфолипида

    2 – остаток ненасыщенной жирной кислоты

    3 – гидрофобный участок холестерина

    4 – гидрофильный участок холестерина

    5 – остаток насыщенной жирной кислоты

    Для наружной мембраны всех организмов характерна асимметрия химического состава липидов. Так, гликолипиды всегда расположены во внешнем слое; здесь же расположена большая часть сфингомиелина и фосфатидилхолина. Фосфатидилсерин, несущий суммарный отрицательный заряд, расположен, в основном, во внутреннем слое мембраны; здесь же находится фосфатидилинозитол, участвующий в трансмембранной передачи внешнего сигнала в цитоплазму клетки. Асимметричное расположение разных липидов в каждом слое мембраны очень важно для функции клетки и поддерживается специальными механизмами, в которых участвуют транспортные белки и ферменты.

    Двойной липидный слой подобен двумерной жидкости, в которой молекулы липидов перемещаются в пределах своего слоя. Липидный бислой обычно устраняет свободные края, замыкаясь сам на себя. По этой причине двойные липидные слои способны спонтанно формироваться, самопроизвольно восстанавливаться при повреждениях, сливаться при тесном контакте. Благодаря такой способности липидных слоев происходит слияние клеток, образование и слияние транспортных пузырьков при эндо- и пиноцитозе.

    Важнейшим свойством липидного бислоя является текучесть, вязкость. Текучесть двойного липидного слоя характеризуется следующим образом:

    а) текучесть повышается при увеличении числа двойных связей в жирных кислотах мембранных липидов: в месте расположения двойной связи жирная кислота формирует излом, что препятствует плотной упаковке молекул

    б) текучесть возрастает при уменьшении числа углеводородных групп (СН2) в жирных кислотах

    в) при увеличении количества холестерина текучесть сначала уменьшается, а затем – увеличивается

    г) текучесть меньше в гидрофильной области липидного бислоя и больше – в гидрофобной области

    д) текучессть увеличивается при повышении температуры.

    Липидные слои обладают достаточной прочностью и гибкостью, что особенно важно при изменении формы и при движении клеток, при делении тела клетки во время митоза и мейоза, при формировании многих межклеточных контактов.

    Липиды встраиваются в мембрану определенным образом, объединяются в группы, формируя участки с различными свойствами и функциональными возможностями. Такие области могут возникать только в одном из двух слоев липидного бислоя. Поэтому мембрана содержит не однородный липидный бислой, а представляет собой своеобразную мозаику из областей разного состава липидов с разными свойствами, позволяющим им выполнять разные функции.

    Липиды мембраны служат средой, в которой расположены и функционируют мембранные белки. Липиды мембраны участвуют в регуляции активности мембранных белков.

    Липидные слои мембраны практически непроницаемы для сильно полярных молекул, которых много в цитоплазме. Это позволяет липидному бислою осуществлять свою главную функцию – служить барьером, препятствующим утечке компонентов цитоплазмы.

    Некоторые мембранные липиды участвуют в передаче сигналов: фосфатидилинозитол, эйкозаноиды – производные всех жирных кислот, содержащих 20 атомов углерода ( простагландины и лейкотриены)

    Эйкозаноиды участвуют в болевых и температурных реакциях, регуляции артериального давления, сокращения матки при родах, регуляции цикла сна и бодрствования, в воспалительных реакциях, в том числе при таких патологических процессах как ревматоидный артрит и псориаз. Существуют заболевания, обусловленные нарушением образования мембранных липидов. Например, при болезни Тея-Сакса и Гоше нарушается обмен гликосфинголипидов и накопление продуктов их частичного расщепления вызывает тяжелое поражение нервной системы.

    2.2. Белки мембран.

    Большая часть мембранных белков погружена в липидный бислой почти перпендикулярно и расположена в ней мозаично (рис.4). В мембране различают два типа белков:

    а) периферические белки

    б) интегральные белки.

    Периферические белки расположены на поверхности мембраны и связаны с ней в основном ионными связями. Эти белки легко отделяются от мембраны. У большинства клеток, за исключением клеток крови, снаружи расположен белок фибронектин. На внутренней поверхности большинства клеточных мембран, особенно в эритроцитах, расположен белок спектрин.

    Интегральные белки или погружены в толщу липидного бислоя, или пронизывают его насквозь (трансмембранные белки). Все интегральные белки можно выделить из мембраны, только разрушив ее. Интегральные белки амфипатичны: в их молекулах четко выделяются гидрофобные и гидрофильные участки. Гидрофобные участки расположены в толще мембраны, а гидрофильные – обычно на внешней и внутренней поверхностях мембраны. Расположение мембранных белков соответствует максимально эффективному их взаимодействию с липидныи бислоем. Участки белков, расположенные в гидрофобной среде внутренней части мембраны, имеют вид -спирали. Обычно N-конец белков находится во внешней для клетке среде, а С-конец – в цитоплазме (рис.7). Многие интегральные белки перемещаются в плоскости мембраны. Это имеет место при группировке рецепторов, при эндоцитозе.

    1

    2

    Nh5+-

    3

    4

    -COO-

    5

    Рис.7. Расположение участков интегрального белка в мембране.

    1 - углевод

    2 - N-концевой гидрофильный участок белка

    3 –липидный бислой

    4 – внутримембранный гидрофобный участок белка в виде -спирали

    5 –С- концевой гидрофильный участок белка

    Многие трансмембранные белки только один раз пересекают мембрану (рис.7). Многие из них являются рецепторами. Они обычно имеют три участка:

    а) наружный, или внеклеточный участок, который узнает сигнальную молекулу, например, молекулу гормона;

    б) внутримембранный участок;

    в) цитоплазматический, или внутриклеточный, участок, который содержит каталитический центр; активация этого участка сопровождается его фосфорилированием.

    Многие трансмембранные белки несколько раз пересекают мембрану. Большинство из них относится к рецепторам, участвующим в передаче сигнала с поверхности клетки внутрь клетки. Многие из них 7 раз пересекают мембрану. К таким белкам относятся 2-адреноэргический рецептор, родопсин палочек сетчатки глаза. Важная особенность этих белков – использование специальных G-белков для трансмембранной передачи сигнала. G-белки используют в качестве источника энергии ГТФ.

    Часть периферических и интегральных белков присутствуют в мембранах всех клеток и являются компонентом мембранного цитоскелета.

    В многоклеточном организме разные стороны одной и той же клетки различаются по составу мембранных белков. Клетки разных тканей также различаются по составу мембранных белков.

    Для мембраны характерна асимметрия расположения белков: одни белки расположены в наружном слое, а другие во внутреннем. Функциональный свойства мембран обусловлены белками, входящими в ее состав. По биологической роли мембранные белки разделяют на три группы:

    а) ферменты

    б) рецепторные белки – трансмембранные белки, которые способны специфически связываться с информационными молекулами и передавать сигналы внутрь клетки

    в) структурные белки.

    Некоторые рецепторные белки и ферменты осуществляют перенос ионов, химических соединений или осуществляют трансмембранный перенос сигнала, приходящего к клетке.

    Со многими белками ковалентно связаны небольшие разветвленные олигосахариды, участвующие в молекулярном узнавании и межклеточных взаимодействиях. Олигосахариды, связанные с липидами и белками, являются основным компонентом примембранной области клетки, называемой гликокаликсом.

    Со стороны цитоплазмы расположена другая примембранная область – кортикальный слой, содержащий фибриллярные элементы цитоплазмы – микрофиламенты и микротрубочки, а также вспомогательные белки, которые связывают эти структуры с наружной мембраной.

    Высокая подвижность липидного бислоя и мозаичность расположения в нем белков дали название модели, хорошо описывающей строение, свойства и функции мембраны – жидкостно-мозаичная модель (рис.8).

    Рис.8. Мозаичное расположение белков в липидном бислое мембраны.

    1 – интегральный белок, пронизывающий мембрану

    2 – липидный бислой

    3 – интегральный белок наружного слоя

    Липиды, белки и олигосахариды наружной мембраны придают ей ряд важных свойств:

    - асимметричность химического состава

    • полярность мембраны: имеются разноименные электрические заряды на разных сторонах мембраны

    • способность к молекулярному узнаванию химических соединений.

    refdb.ru

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о