Цитоплазматическая мембрана, ее функции и строение

Клеточная мембрана | Биология

Клеточная мембрана также называется плазматической (или цитоплазматической) мембраной и плазмалеммой.

Данная структура не только отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды, но также входит с состав большинства клеточных органелл и ядра, в свою очередь отделяя их от гиалоплазмы (цитозоля) — вязко-жидкой части цитоплазмы.

Договоримся называть цитоплазматической мембраной ту, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды. Остальными терминами обозначать все мембраны.

Строение клеточной мембраны

В основе строения клеточной (биологической) мембраны лежит двойной слой липидов (жиров). Формирование такого слоя связано с особенностями их молекул. Липиды не растворяются в воде, а по-своему в ней конденсируются.

Одна часть отдельно взятой молекулы липида представляет собой полярную головку (она притягивается водой, т. е. гидрофильна), а другая — пару длинных неполярных хвостов (эта часть молекулы отталкивается от воды, т. е. гидрофобна).

Такое строение молекул заставляет их «прятать» хвосты от воды и поворачивать к воде свои полярные головки.

В клеточных мембранах среди липидов преобладают фосфолипиды (относятся к сложным липидам). Их головки содержат остаток фосфорной кислоты. Кроме фосфолипидов есть гликолипиды (липиды + углеводы) и холестерол (относится к стеролам). Последний придает мембране жесткость, размещаясь в ее толще между хвостами остальных липидов (холестерол полностью гидрофобный).

За счет электростатического взаимодействия, к заряженным головкам липидов присоединяются некоторые молекулы белков, которые становятся поверхностными мембранными белками. Другие белки взаимодействуют с неполярными хвостами, частично погружаются в двойной слой или пронизывают его насквозь.

Таким образом, клеточная мембрана состоит из двойного слоя липидов, поверхностных (периферических), погруженных (полуинтегральных) и пронизывающих (интегральных) белков. Кроме того, некоторые белки и липиды с внешней стороны мембраны связаны с углеводными цепями.

Это жидкостно-мозаичная модель строения мембраны была выдвинута в 70-х годах XX века. До этого предполагалась бутербродная модель строения, согласно которой липидный бислой находится внутри, а с внутренней и наружной стороны мембрана покрыта сплошными слоями поверхностных белков. Однако накопление экспериментальных данных опровергло эту гипотезу.

Толщина мембран у разных клеток составляет около 8 нм. Мембраны (даже разные стороны одной) отличаются между собой по процентному соотношению различных видов липидов, белков, ферментативной активности и др. Какие-то мембраны более жидкие и более проницаемые, другие более плотные.

Разрывы клеточной мембраны легко сливаются из-за физико-химических особенностей липидного бислоя. В плоскости мембраны липиды и белки (если только они не закреплены цитоскелетом) перемещаются.

Функции клеточной мембраны

Большинство погруженных в клеточную мембрану белков выполняют ферментативную функцию (являются ферментами).

Часто (особенно в мембранах органоидов клетки) ферменты располагаются в определенной последовательности так, что продукты реакции, катализируемые одним ферментом, переходят ко второму, затем третьему и т. д.

Образуется конвейер, который стабилизируют поверхностные белки, т. к. не дают ферментам плавать вдоль липидного бислоя.

Клеточная мембрана выполняет отграничивающую (барьерную) от окружающей среды и в то же время транспортную функции. Можно сказать, это ее самое главное назначение. Цитоплазматическая мембрана, обладая прочностью и избирательной проницаемостью, поддерживает постоянство внутреннего состава клетки (ее гомеостаз и целостность).

При этом транспорт веществ происходит различными способами. Транспорт по градиенту концентрации предполагает передвижение веществ из области с их большей концентрацией в область с меньшей (диффузия). Так, например, диффундируют газы (CO2, O2).

Бывает также транспорт против градиента концентрации, но с затратой энергии.

Транспорт бывает пассивным и облегченным (когда ему помогает какой-нибудь переносчик). Пассивная диффузия через клеточную мембрану возможна для жирорастворимых веществ.

Есть особые белки, делающие мембраны проницаемыми для сахаров и других водорастворимых веществ. Такие переносчики соединяются с транспортируемыми молекулами и протаскивают их через мембрану. Так переносится глюкоза внутрь эритроцитов.

Пронизывающие белки, объединяясь, могут образовывать пору для перемещения некоторых веществ через мембрану. Такие переносчики не перемещаются, а образуют в мембране канал и работают аналогично ферментам, связывая определенное вещество. Перенос осуществляется благодаря изменению конформации белка, благодаря чему в мембране образуются каналы. Пример — натрий-калиевый насос.

Транспортная функция клеточной мембраны эукариот также реализуется за счет эндоцитоза (и экзоцитоза). Благодаря этим механизмам в клетку (и из нее) попадают крупные молекулы биополимеров, даже целые клетки.

эндоцитоз выполняет защитную функцию для организма.

Эндоцитоз делится на фагоцитоз (цитоплазма обволакивает крупные частицы) и пиноцитоз (захват капелек жидкости с растворенными в ней веществами). Механизм этих процессов приблизительно одинаков. Поглощаемые вещества на поверхности клеток окружаются мембраной. Образуется пузырек (фагоцитарный или пиноцитарный), который затем перемещается внутрь клетки.

Экзоцитоз — это выведение цитоплазматической мембраной веществ из клетки (гормонов, полисахаридов, белков, жиров и др.). Данные вещества заключаются в мембранные пузырьки, которые подходят к клеточной мембране. Обе мембраны сливаются и содержимое оказывается за пределами клетки.

Цитоплазматическая мембрана выполняет рецепторную функцию. Для этого на ее внешней стороне располагаются структуры, способные распознавать химический или физический раздражитель. Часть пронизывающих плазмалемму белков с наружней стороны соединены с полисахаридными цепочками (образуя гликопротеиды).

Это своеобразные молекулярные рецепторы, улавливающие гормоны. Когда конкретный гормон связывается со своим рецептором, то изменяет его структуру. Это в свою очередь запускает механизм клеточного ответа. При этом могут открываться каналы, и в клетку могут начать поступать определенные вещества или выводиться из нее.

Рецепторная функция клеточных мембран хорошо изучена на основе действия гормона инсулина. При связывании инсулина с его рецептором-гликопротеидом происходит активация каталитической внутриклеточной части этого белка (фермента аденилатциклазы). Фермент синтезирует из АТФ циклическую АМФ. Уже она активирует или подавляет различные ферменты клеточного метаболизма.

Рецепторная функция цитоплазматической мембраны также включает распознавание соседних однотипных клеток. Такие клетки прикрепляются друг к другу различными межклеточными контактами.

В тканях с помощью межклеточных контактов клетки могут обмениваться между собой информацией с помощью специально синтезируемых низкомолекулярных веществ. Одним из примеров подобного взаимодействия является контактное торможение, когда клетки прекращают рост, получив информацию, что свободное пространство занято.

Межклеточные контакты бывают простыми (мембраны разных клеток прилегают друг к другу), замковыми (впячивания мембраны одной клетки в другую), десмосомы (когда мембраны соединены пучками поперечных волокон, проникающих в цитоплазму).

Синапсами передаются сигналы между нервными клетками, а также от нервных к мышечным.

Источник: https://biology.su/cytology/cell-membrane

Цитоплазматическая мембрана, ее функции и строение

Каждый организм человека, либо животного состоит из миллиардов клеток. Клетка представляет собой сложный механизм, выполняющий определенные функции. Из субъединиц состоят все органы и ткани.

Любой живой организм состоит из огромного количества клеток

Система имеет цитоплазматическую мембрану, цитоплазму, ядро, также ряд органелл. Ядро разграничено с органеллами внутренней пленочкой. Все вместе обеспечивает жизнь тканям, а также позволяет осуществлять метаболизм.

Важную роль в функционировании играет цитоплазматическая плазма лемма или мембрана.

Само название наружная цитоплазматическая мембрана произошло от латин membrana или по другому кожица. Это разграничитель пространства между клеточными организмами.

Гипотезу строения выдвинули уже в 1935 г. В 1959 г. В. Робертсон пришел к выводу, что мембранные оболочки устроены по одному принципу.

Вследствие большого количества накопленной информации, полость приобрела жидко-мозаичную модель конструкции. Сейчас она считается признанной всеми. Именно наружная цитоплазматическая мембрана образует внешнюю оболочку единиц.

Строение

Итак, что такое плазма лемма?

Представляет собой тоненькую пленочку разграничивающую прокариоты с внутренней средой. Разглядеть ее можно только в микроскоп. В строение цитоплазматической мембраны входит би слой, который служит основой.

Би слой — это двойная прослойка, состоящая из белков и липидов. Также есть холестерол и гликолипиды, обладают амфипатричностью.

Основой строения цитоплазматической мембраны служит би слой

Что это значит?

Жировой организм имеет биполярную головку и гидрофильный хвостик. Первая обусловлена боязнью воды, а второй ее поглощением. Группа фосфатов имеет наружное направление от пленки, вторые направлены друг на друга.

Таким образом, происходит формирование биполярного липидного слоя. Липиды обладают высокой активностью, могут перемещаться в своем монослое, редко переходить в другие области.

Полимеры делятся на:

• наружные,
• интегральные,
• пронизывающие плазма лемму.

Первые находятся только на поверхностной части пазухи. Держатся за счет электростатики с биполярными головками липидных элементов. Удерживают питательные ферменты.

Интегральные внутри, они встроены в саму структуру оболочки, соединения меняют свое местоположение за счет движения эукариот. Служат своеобразным конвейером, выстроены так, что по ним идут субстраты, продукты реакции.

Белковые соединения пронизывающие макрополость имеют свойства образования пор для поступления питательных элементов в организм.

Ядро

В любой единице есть ядро, это ее основа. Цитоплазматическая мембрана также имеет органеллу, строение которого будет описано далее.

Ядерная структура включает пленку, сок, место сборки рибосом и хроматин. Оболочка разделена около ядерным пространством, оно окружено жидкостью.

Ядро является основой любого клеточного организма

Функции органеллы делятся на две основных:

1. замыкание структуры в органелле,
2. регулирование работы ядра и жидкого содержимого.

Ядро состоит из пор, каждая обусловливается наличием тяжелых поровых сочетаний. Их объем может говорить об активной двигательной способности эукариотов. Например, высокая активность незрелых содержит большее количество поровых областей. Ядерным соком служат белки.

Полимеры представляют соединение матрикса и нуклеоплазмы. Жидкость содержится внутри ядерной пленки, обеспечивает работоспособность генетического содержимого организмов. Белковый элемент выполняет защиту и прочность субъединиц.

В самом ядрышке созревают рибосомальные РНК. Сами гены РНК находятся на определенной области нескольких хромосом. В них происходит формирование маленьких организаторов. Внутри создаются сами ядрышки. Зоны в митозных хромосомах представлены сужениями, название вторичные перетяжки. При исследовании электроникой различают фазы фиброзного и грануляционного происхождения.

Развитие ядра

Другое обозначение фибриллярный, происходит из белковых и огромных полимеров-предыдущих версий р-РНК. В дальнейшем они образуют меньшие по размеру элементы зрелой р-РНК. Когда фибрилла созревает, она становится зернистой по структуре или рибонуклеопротеиновой гранулой.

Входящий в строение хроматин обладает окрашивающими свойствами. Присутствует в нуклеоплазме ядра, служит формой интерфазы жизнедеятельности хромосом. Состав хроматина, это нити ДНК и полимеры. Вместе они составляют комплекс нуклеопротеидов.

Ядро клетки состоит из пор, а белки служат ядерным соком

Гистоны выполняют функции организации пространства в структуре ДНК-молекулы. Дополнительно хромосомы включают органические вещества, ферменты, содержащие полисахариды, частицы металлов. Хроматин делится на:

1. эухроматин,
2. гетерохроматин.

Первый обусловлен низкой плотностью, поэтому считать генетические данные с таких эукариотов невозможно.

Второй вариант обладает компактными свойствами.

Структура

Сама конституция оболочки неоднородна. За счет постоянных движений на ней появляются наросты, выпуклости. Внутри это обусловлено движениями макромолекул и их выходом в другой слой.

Поступление самих веществ происходит 2 путями:

Фагоцитоз выражается во впячивании твердых частиц. Пиноцитозом называют выпуклости. Путем выпячивания, края областей смыкаются захватив жидкость между эукариотами.

Пиноцитоз осуществляет механизм проникновения соединений внутрь оболочки. Диаметр вакуоли составляет от 0,01 до 1,3 мкм. Далее вакуоль начинает погружение в цитоплазменный слой и от шнуровку. Связь между пузырьками играет роль транспортировки полезных частиц, расщеплении ферментов.

Оболочка ядра неоднородна за счет движения макромолекул

Цикл пищеварения

Весь круг пищеварительной функции разделяется на следующие этапы:

1. попадание компонентов в организм,
2. распад ферментов,
3. попадание в цитоплазму,
4. выведение.

Первая фаза подразумевает поступление веществ в тело человека. Далее они начинаются распадаться при помощи лизосом. Разделенные частички проникают в цитоплазменное поле. Непереваренные остатки просто выходят наружу естественным способом. Впоследствии пазуха становится плотной, начинается превращение в зернистые гранулы.

Пищеварительную функцию клетки делят на несколько этапов: от поступления веществ в тело человека, до окончания пищеварительного процесса

Функции мембраны

Итак, какие же функции она выполняет?

Главными будут:

1. защитная,
2. переносная,
3. механическая,
4. матричная,
5. перенос энергии,
6. рецепторная.

Защита выражается в барьере между субъединицей и внешней средой. Пленка служит регулятором обмена между ними. В результате последний может быть активным, либо пассивным. Происходит избирательность необходимых веществ.

При транспортной функции через оболочку передаются соединения от одного механизма к другому. Именно этот фактор влияет на доставку полезных соединений, выведение продуктов метаболизма и распада, секреторные компоненты. Вырабатываются градиенты ионного характера, благодаря чему идет поддержка ph и уровень концентрации ионов.

Последние две миссии относятся к вспомогательным. Работа на матричном уровне направлена на правильное расположение белковой цепочки внутри полости, их грамотное функционирование. За счет механической фазы клетка обеспечена в автономном режиме.

К особым свойствам мембраны относят генерацию, осуществление биопотенциала, распознавание клеток, а то есть маркировка.

Источник: https://proinfekcii.ru/parazity/raznoe/tsitoplazmaticheskaya-membrana.html

Цитоплазматическая мембрана, ее функции и строение – Инфекционные болезни

Наружная цитоплазматическая мембрана представляет собой тончайшую пленку. Ее толщина – порядка 7-10 нм. Просматривается пленка только в электронный микроскоп.Далее рассмотрим, что собой представляет цитоплазматическая мембрана. Функции пленки также будут описаны в статье.

Цитоплазматическая мембрана: функции

Основными задачами являются:

• Барьерная. Защитная пленка обеспечивает активный, пассивный, избирательный, регулируемый обмен соединений с внешней средой. За счет избирательной проницаемости осуществляется отделение клетки и ее компартментов и снабжение их нужными веществами.
• Транспортная. Сквозь пленку осуществляется переход соединений от клетки к клетке. Благодаря этому доставляются питательные соединения, удаляются конечные продукты обмена, происходит секреция разных веществ. Кроме этого, формируются ионные градиенты, на оптимальном уровне поддерживаются ионная концентрация и рН. Они необходимы для активной деятельности ферментов клетки.

Вспомогательные задачи

• Матричная. Эта функция обеспечивает определенную ориентацию и взаиморасположение белков мембраны, а также оптимальное их взаимодействие.
• Механическая. За счет нее обеспечивается автономность клетки, внутренних структур. Также осуществляется соединение элемента с прочими аналогичными.
• Энергетическая. На фоне фотосинтеза в хлоропластах и при осуществлении клеточного дыхания в мембранах активны системы энергетического переноса. В них также участвуют и белковые соединения.
• Рецепторная. Ряд белков, которые присутствуют в мембране, обеспечивает восприятие различных сигналов. К примеру, циркулирующие в крови стероиды оказывают воздействие только на те клетки-мишени, которые обладают соответствующими гормонам рецепторами. Химические соединения, обеспечивающие проведение импульсов (нейромедиаторы), также связываются с помощью особых белков клеток-мишеней.

Особые свойства

К специфическим функциям мембраны относят:

• Ферментативную. Зачастую белки, которые содержит цитоплазматическая мембрана, выступают в качестве ферментов.
• Генерацию и проведение биопотенциалов.
• Маркировку. Цитоплазматическая мембрана включает в свой состав особые антигены. Они действуют как маркеры-“ярлыки”. Благодаря им осуществляется распознание клеток. Маркеры представляют собой гликопротеины – белки, содержащие разветвленные олигосахаридные боковые цепи. Они выступают в качестве “антенн”.Благодаря огромному количеству вариантов боковых цепей для того или другого типа клеток может быть сформирован особый маркер. При их помощи распознанные друг другом элементы начинают действовать согласованно. К примеру, так происходит при образовании тканей и органов. Маркировка также позволяет иммунитету определить чужеродные антигены.

Дополнительные сведения

Если какие-то частицы по тем или другим причинам не способны пройти сквозь фосфолипидный бислой (к примеру, вследствие гидрофильных свойств, поскольку внутри цитоплазматическая мембрана гидрофобна и такие соединения не пропускает, либо из-за больших размеров самих частиц), но они необходимы, то пройти они могут с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров) и белков-каналов. Либо проникновение их осуществляется посредством эндоцитоза.В процессе пассивного транспорта пересечение веществами липидного слоя происходит путем диффузии. При этом энергия не затрачивается. В качестве одного из вариантов такого механизма может выступать облегченная диффузия. В ходе нее облегчает прохождение вещества какая-нибудь специфическая молекула. У нее может присутствовать канал, способный пропускать только однотипные частицы. При активном транспорте затрачивается энергия. Это связано с тем, что данный процесс осуществляется против концентрационного градиента. Цитоплазматическая мембрана содержит особые белки-насосы, АТФазу в том числе, которая способствует активному вхождению калиевых и выведению натриевых ионов.

Модели

Их существует несколько:

• “Бутербродная модель”. Идею о трехслойном строении всех мембран высказали ученые Даусон и Даниэли в 1935 году. По их мнению, структура пленки была следующей: белки-липиды-белки. Такое представление существовало достаточно долго.
• “Жидкостно-мозаичная структура”. Эта модель была описана Николсоном и Сингером в 1972 году. В соответствии с ней белковые молекулы не формируют сплошной слой, а погружаются в биполярный липидный в виде мозаики на различную глубину. Эта модель считается наиболее универсальной.
• “Белково-кристаллическая структура”. В соответствии с этой моделью мембраны формируются за счет переплетения белковых и липидных молекул, которые объединены на базе гидрофильно-гидрофобных связей.

Источник:

Структура и свойства цитоплазматической мембраны

Организм человека и животных, состоящий из миллиардов клеток, развивался таким образом, что функция каждой его системы стала результатом функции суммы клеток, из которых состоят органы и ткани данной системы. Каждая клетка организма располагает набором структур и механизмов, позволяющих ей осуществлять собственный метаболизм и выполнять присущую ей функцию.

В состав клетки входят цитоплазматическая или поверхностная мембрана; цитоплазма, имеющая ряд органелл, включений, элементов цитоскелета; ядро, содержащее ядерный геном.

Органеллы клетки и ядро отграничены в цитоплазме внутренними мембранами.

Каждая структура клетки выполняет в ней свою функцию, а все они вместе взятые обеспечивают жизнеспособность клетки и выполнение ею специфических функций.

Ключевая роль в осуществлении клеточных функций и их регуляции принадлежит цитоплазматической мембране клетки.

Общие принципы строения цитоплазматической мембраны

Для всех клеточных мембран характерен один принцип строения (рис. 1), в основе которого лежат физико-химические свойства сложных липидов и белков, входящих в их состав.

Мембраны клетки располагаются в водной среде и для понимания физико-химических явлений, влияющих на их структурную организацию, полезным является описание взаимодействия липидных и белковых молекул с молекулами воды и друг с другом.

Ряд свойств клеточных мембран также вытекает из рассмотрения этого взаимодействия.

Известно, что плазматическая мембрана клетки представлена двойным слоем сложных липидов, покрывающим поверхность клетки на всем ее протяжении.

Для создания липидного бислоя в ее структуру могли быть отобраны природой и включены только те молекулы липидов, которые обладают амфифильными (амфипатическими) свойствами. Этим условиям отвечают молекулы фосфолипидов и холестерола.

Их свойства таковы, что одна часть молекулы (глицерольная для фосфолипидов и циклопентановая для холестерола) обладает полярными (гидрофильными) свойствами, а другая (жирнокислотные радикалы) — неполярными (гидрофобными) свойствами.

Рис. 1. Строение цитоплазматической мембраны клетки.

Если определенное количество молекул фосфолипидов и холестерола поместить в водную среду, то они спонтанно начнут собираться в упорядоченные структуры и формировать замкнутые пузырьки (липосомы), в которых оказывается заключенной часть водной среды, а поверхность становится покрытой непрерывным двойным слоем (бислоем) фосфолипидных молекул и холестерола. При рассмотрении характера пространственного расположения молекул фосфолипидов и холестерола в этом бислое видно, что молекулы данных веществ располагаются своими гидрофильными частями в сторону наружного и внутреннего водных пространств, а гидрофобными — в противоположных направлениях — внутрь бислоя.

Что заставляет молекулы этих липидов самопроизвольно формировать в водной среде бислойные структуры, подобные структуре бислоя клеточной мембраны? Пространственное расположение амфифильных молекул липидов в водной среде диктуется одним из требований термодинамики. Наиболее вероятной пространственной структурой, которую сформируют в водной среде молекулы липидов, будет структура, обладающая минимумом свободной энергии.

При рассмотрении поведения сложных амфифильных молекул липидов в воде можно объяснить и некоторые свойства клеточных мембран.

Известно, что если механически повредить плазматическую мембрану (например, проколоть ее электродом или через прокол удалить ядро и поместить в клетку другое ядро), то через мгновение за счет сил межмолекулярного взаимодействия липидов и воды мембрана самопроизвольно восстановит целостность.

Под действием таких же сил можно наблюдать слияние бислоев двух мембран при их соприкосновении (например, везикул и пресинаптической мембраны в синапсах).

Способность мембран сливаться при их непосредственном контакте является частью механизмов обновления структуры мембран, транспорта компонентов мембран из одного субклеточного пространства в другое, а также частью механизмов эндо- и экзоцитоза.

Энергия межмолекулярных связей в липидном бислое очень низкая, поэтому создаются условия для быстрого перемещения в мембране молекул липидов и белков и для изменения структуры мембраны при воздействии на нее механических сил, давлений, температуры и других факторов.

Наличие в мембране двойного липидного слоя образует замкнутое пространство, изолирует цитоплазму от окружающей водной среды и создаст препятствие для свободного прохождения воды и растворимых в ней веществ через клеточную мембрану.

Толщина липидного бислоя составляет около 5 нм.

В состав клеточных мембран также входят белки. Их молекулы по объему и массе в 40-50 раз больше, чем молекулы мембранных липидов. За счет белков толщина мембраны достигает 7-10 нм. Несмотря на то что суммарные массы белков и липидов в большинстве мембран почти равны, количество молекул белков в мембране в десятки раз меньше, чем молекул липидов.

Что же произойдет, если белковая молекула окажется помещенной в фосфолипидный бислой липосом, наружные и внутренние поверхности которых полярны, а внутрилипидный неполярен? Под влиянием сил межмолекулярных взаимодействий липидов, белка и воды произойдет формирование такой пространственной структуры, в которой неполярные участки пептидной цепи будут стремиться расположиться в глубине липидного бислоя, в то время как полярные — занять положение на одной из поверхностей бислоя и могут к тому же оказаться погруженными во внешнюю или внутреннюю водную среду липосомы. Очень сходный характер расположения белковых молекул имеет место и в липидном бислое клеточных мембран (рис. 1).

Обычно белковые молекулы локализуются в мембране разрозненно одна от другой.

Когда с помощью тонких методов исследования была изучена структура клеточных мембран, то оказалось, что она очень сходна с той, которая самопроизвольно формируется фосфолипидами, холестеролом и белками в водной среде. В 1972 г. Синджером и Никольсом была предложена жидкостно-мозаичная модель строения клеточной мембраны и сформулированы ее основные принципы.

Согласно этой модели, структурную основу всех клеточных мембран составляет жидкоподобный непрерывный двойной слой амфипатических молекул фосфолипидов, холестсрола, гликолипидов, самопроизвольно формирующих его в водной среде.

Источник: https://dianet34.ru/drugoe/tsitoplazmaticheskaya-membrana-ee-funktsii-i-stroenie.html

Функции клеточной мембраны: строение цитоплазматической оболочки и активный транспорт веществ

Одной из главных структур клетки растений и животных является клеточная мембрана (биологи называют ее также плазмалеммой). Функции клеточной мембраны в физиологии очень важны: она не только ограничивает клетку от наружной среды, но и входит в состав подавляющего большинства органоидов и ядра, поддерживая их форму и принимая участие в ферментативных и обменных реакциях.

Биологи условно разделили мембраны по расположению и назначению, назвав основную, наружную — цитоплазматической.

Цитоплазматическая мембрана растительной клетки находится, как правило, непосредственно под оболочкой, плазмалемма животной клетки — это наружная структура, граничащая с внешней средой.

Функциональные и физиологические особенности и той, и другой связаны с их молекулярным строением и обусловлены уникальной билипидной организацией.

Что такое клеточная мембрана

Если провести аналогию с куриным яйцом (разбив скорлупу, аккуратно отделить от нее тонкую полупрозрачную пленочку), то визуально можно представить, что скорлупа — это плотная клеточная оболочка, а пленка — мембрана.

Эта картинка очень наглядно позволяет увидеть, каким образом под клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, располагается плазмалемма. Конечно, это представление будет условным, но, действительно, мембрана в переводе с латинского языка означает кожа.

Хотя этот термин достаточно давний, он точно передает сущность мембранной структуры .

Цитолемма (еще одно ее название) животной клетки плотной оболочкой не защищена, однако имеет особый слой, состоящий из белков и жиров, соединенных с сахарами (гликопротеинов и гликолипидов). Называют его гликокаликс, и роль, которую он несет (рецепторная, сигнальная), очень важна для жизнедеятельности.

Месторасположение в клетке

Мембранные структуры буквально пронизывают клеточное содержимое. Они ограничивают все органоиды (за редким исключением, например рибосомы), выстилают их изнутри, являются оболочками ядер.

Самая массивная по содержанию плазмалеммы структура — эндоплазматическая сеть (ЭПР). Если сложить все мембраны, ее составляющие, то получится площадь более половины общей — на все клеточное пространство. По морфологии оболочка ЭПР сходна с внешней ядерной. Они составляют с ней единую систему и обеспечивают активный взаимный перенос элементов.

Комплекс Гольджи — еще один органоид, полностью выполненный из мембранных мешочков (цистерн). Также цитолеммы имеют митохондрии и пластиды.

Плазматическая мембрана — это часть плазмалеммы, находящаяся на границе клеточного содержимого. Она ограничивает протопласт от внешней среды, окружает клетку, защищая его от наружного воздействия.

Функции

В зависимости от расположения и особенностей все мембраны выполняют собственные функции, тем не менее по выполняемой работе они сходны.

Роль плазмалеммы:

1. Барьерная. Эта функция является основной и выполняется всеми видами клеточных мембран. Особенно она важна для наружной оболочки: благодаря ей клетка поддерживает форму, гомеостаз, стабильность внутреннего содержимого, целостность.
2. Транспортная. Второе важнейшее назначение — активный и пассивный перенос веществ изнутри клетки в наружную среду и обратно. Механизмы этого переноса самые разнообразные, транспорт может происходить как через каналы, образуемые пронизывающими молекулами белков, так и с помощью переносчиков. Также различают пассивное (по градиенту концентрации, например диффузия газов), и активное (против градиента, с затратой выработанной клеткой энергии).
3. Рецепторная. Эта роль возложена на пронизывающие белки, которые особым образом связаны с углеводными цепочками (гликополисахаридами). Образовавшиеся таким образом рецепторы, которые по своему строению и являются гликопротеидами, образуют комплекс с гормонами, затем активируются катализаторы, и такая система запускает механизмы поступления или вывода различных веществ.
4. Обмен информацией. Способность клетки контактировать оболочками, обмениваясь друг с другом информацией сродни рецепторным реакциям. Благодаря им происходит стимуляция роста или торможения и иные физиологические процессы. Такой контакт может быть механическим (простое или замковое смыкание оболочек) и при помощи специальных образований — синапсов. Передающиеся через синапсы сигналы могут быть как механическими, так и электрическими.
5. Энергетическая. Плазмалемма митохондрий и пластид (хлоропластов) отвечает за синтез аденозинтрифосфорной кислоты — аккумулятора клеточной энергии.

Особо следует отметить эндо- и экзоцитоз. Вследствие этих мембранных механизмов в клетку могут поступать не только целые молекулы больших размеров, но и неизмененные, сторонние клетки. Примером эндоцитоза (обволакивания крупных частиц или капель жидкости, втягивание внутрь цитоплазмы и дальнейшая химическая дезактивация) может служить поглощение вредных и чужеродных молекул лейкоцитами.

Экзоцитоз — обратный транспорт. Благодаря ему ненужные, отработанные вещества окружаются плазмалеммами и выносятся наружу через поры.

Такое множество функций и разнообразие реакций, происходящих как внутри, так и снаружи плазмалеммы, возможно за счет их упорядоченного физико-химического строения.

Физико-химические свойства мембран

При обычных (свойственных организму) условиях физическое состояние мембран — жидкое. Однако в их молекулярной организации есть порядок (представлен выше), поэтому правильно называть ее жидкокристаллическим, а состояние этой кристаллической структуры — смектическое.

Свойства:

• чувствительность к внешним условиям,
• асимметричность,
• текучесть,
• изменчивость,
• самоорганизация,
• замкнутость,
• пластичность.

Особенности этой организации, свойственные цитолеммам, позволяют им перейти и в другое состояние (например, в гель при понижении температуры).

Именно поэтому при длительном изменении внешних условий в мембранах происходит изменение и химического состава — они проходят период адаптации, что не всегда благотворно сказывается на состоянии клетки.

При химическом анализе установлено, что все элементы, входящие в состав клеточной оболочки по количеству вариативны. Например, в эритроцитах количество белковых молекул в 2,5 раза больше, чем липидных, а в миелиновой мембране — наоборот.

Клеточный цикл

Согласно научным источникам, в клеточный цикл входят все периоды развития клетки от момента деления материнской и образования дочерней до гибели (или деления). Клеточный цикл кратко можно охарактеризовать несколькими точными параметрами.

Длительность

Существуют как быстро делящиеся — 12-36 ч (например, кроветворные), так и медленно воспроизводящиеся. Средний цикл, свойственный многим организмам — от 10 до 25 часов.

Фазы клеточного цикла

Жизнь клеточного организма можно разделить на несколько фаз.

Фазы:

1. Интерфаза, или клеточный рост. В этот период происходит быстрая наработка веществ (ДНК, белков и т. д.) и подготовка к делению. Интерфазу можно условно разделить на подпериоды. Это G1-фаза (начальный рост), S-фаза (репликация ДНК) и G2-фаза (непосредственно подготовка к митозу).
2. Фаза митоза, или фаза М. Это время жизни также можно разделить на две стадии – кариокинез (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы).

Клеточный цикл — высокоорганизованная система.

Регуляция клеточного цикла

Все периоды клеточного цикла регулируются особыми белками — циклин-зависимыми киназами и циклинами. этих белков варьируется на разных стадиях жизненного цикла. После митотического деления они полностью разрушаются.

Исследования

Различные гипотезы строения клеточных мембран предлагались с 1902 года, когда было замечено, что липиды и некоторые другие органические вещества довольно легко проникают в цитоплазму.

Далее ход исследований можно разбить на этапы:

1. В 1925 году было проведено экстрагирование липидов из эритроцитов и измерена площадь мономолекулярной пленки. Таким образом, впервые Гортер и Грендел показали, что мембраны структурно организованы в виде бимолекулярного слоя.
2. 1935 г. — Даниэлли и Давсон показали миру модель бутерброда, согласно которой плазмалемма имела три слоя (ломтики-пластинки белков с липидами с двух сторон и посередине пустота). Эта теория с успехом просуществовала до 1950 года, мало того, ее правомерность доказали при изобретении электронного микроскопа.
3. 1960 г. — Дж. Робертсон окончательно сформулировал гипотезу трехслойной мембраны. Но каким образом происходит активный транспорт веществ через такую структуру, ученый внятно показать не смог.
4. 1972 г. — сформирована жидкомозаичная модель, согласно которой плазмалемма имеет билипидное строение.

С этого года жидкомозаичная концепция строения мембран оставалась без особых изменений и только дополнялась исследованиями, проводящимися с помощью новейших научных методов — рентгено-структурного анализа, электронно-микроскопического исследования, метода замораживание-скол-травление и других.

Значение

Изучение механизмов, функций и строения цитоплазматической мембраны имеет огромное значение в различных биологических дисциплинах и медицине.

Например, при лечении онкологических заболеваний точное попадание в мишень (раковую клетку) — основа успеха, а оружием для такого выстрела и становятся поры-канальцы, мембранные белки-рецепторы, ферменты, находящиеся в оболочках.

Также использование антибиотиков последнего поколения стало направленным именно благодаря тому, что они нацелены на маркерные молекулы оболочек бактерий. Это касается и других лекарственных препаратов (болеутоляющих, гепатопротекторов и так далее).

В этом видео очень подробно рассказано о строении клеточной мембраны.

Источник: https://tvercult.ru/nauka/funktsii-i-stroenie-kletochnoy-membranyi

Цитоплазматическая мембрана — Строение и функции мембраны

Каждый организм человека, либо животного состоит из миллиардов клеток. Клетка представляет собой сложный механизм, выполняющий определенные функции. Из субъединиц состоят все органы и ткани.

Система имеет цитоплазматическую мембрану, цитоплазму, ядро, также ряд органелл. Ядро разграничено с органеллами внутренней пленочкой. Все вместе обеспечивает жизнь тканям, а также позволяет осуществлять метаболизм.

Важную роль в функционировании играет цитоплазматическая плазма лемма или мембрана.

Само название наружная цитоплазматическая мембрана произошло от латин membrana или по другому кожица. Это разграничитель пространства между клеточными организмами.

Гипотезу строения выдвинули уже в 1935 г. В 1959 г. В. Робертсон пришел к выводу, что мембранные оболочки устроены по одному принципу.

Вследствие большого количества накопленной информации, полость приобрела жидко-мозаичную модель конструкции. Сейчас она считается признанной всеми. Именно наружная цитоплазматическая мембрана образует внешнюю оболочку единиц.