Общая характеристика клеток

К эукариотам (от греч. эу – полностью, хорошо) относятся клетки растений, грибов, животных. Среди эукариот есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Клетки этих организмов имеют хорошо сформированное ядро. Некоторые зрелые клетки (ситообразные трубки высших растений, эритроциты и тромбоциты большинства млекопитающих) в процессе эволюции его утратили.

Каждая клетка состоит из поверхностного аппарата, цитоплазмы и внутриклеточных структур. Поверхностный аппарат клетки образован плазматической мембраной, надмембранными и подмембранными структурами. Через него происходит обмен веществ между клеткой и средой обитания. Поверхностный аппарат клеток разных организмов отличается. У клеток бактерий, растений и грибов в состав надмембранного комплекса входит клеточная стенка, а животных клеток – гликокаликс.

Плазматическая мембрана


Клетки как прокариот, так и эукариот покрыты плазматической мембраной (от лат. membrana – кожура, пленка), 6-10 нм толщиной. Она ограничивает цитоплазму и защищает ее от воздействий окружающей среды. Ее основная функция – транспорт веществ. Плазматическая мембрана определяет размеры клеток. В клетке нет открытых мембран со свободными концами. На протяжении жизни клетки мембрана остается постоянной, но все ее составляющие постоянно обновляются.

Кроме того, различают внутренние мембраны. Ими внутренняя среда клеток разделена на отдельные функциональные участки – компартменты. Одна из функций компартментов – это обеспечение возможности одновременного осуществления многих несовместимых биохимических процессов. Разнообразные мембранные структуры были выявлены с помощью световой и электронной микроскопии. Крупнейшими компартментами являются ядро, митохондрии и т. п.

В биологических мембранах происходят процессы, связанные с преобразованием энергии, формированием и передачей возбуждения, восприятием и передачей информации, явлениями иммунитета и т. п. У многоклеточных организмов плазматические мембраны обеспечивают межклеточные контакты.

Плазматическая мембрана эукариотических клеток в определенных местах составляет единое целое с мембранами эндоплазматической сети. Мембраны эндоплазматической сети непосредственно связаны с мембранами комплекса Гольджи. С помощью комплекса Гольджи воссоздаются клеточные структуры (лизосомы и т. п.). Лизосомы сливаются с пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками. Последние возникают из плазматической мембраны. Клетка делится на большое количество ячеек. Они играют важную роль в ходе процессов обмена.


После деления клетки из мембран эндоплазматической сети образуется ядерная мембрана. Внешняя ядерная мембрана является продолжением мембраны эндоплазматической сети.

Таким образом, единая мембранная система клетки составляет комплекс мембранных структур. Эти структуры связаны между собою пространственно и функционально.

Химический состав мембран

Все клеточные мембраны и эукариот, и прокариот имеют подобные химический состав и принцип организации. Но соотношения химических компонентов, детали строения могут отличаться, в зависимости от типа мембран и их функций.

Основные химические компоненты мембраны: липиды, белки и некоторое количество углеводов.

Белки являются основным функциональным компонентом биологических мембран. От сухой массы мембран составляют в среднем до 60 %. Они образуют комплексы с липидами. В строении мембран различают поверхностные и внутренние белки.

Поверхностные белки составляют около 30 % от общего количества мембранных белков. Они содержатся на внешней и внутренней поверхностях мембран. Поверхностные белки связаны с поверхностями мембран непосредственно или через двухвалентные катионы, преимущественно Са2+ и Mg2+электрическими силами. При разрушении клетки легко отделяются от мембран.


Внутренние белки составляют почти 70 % общего количества мембранных белков. Они погружены на разную глубину в двойной слой липидов. Иногда пронизывают мембрану насквозь. Такие белки связывают обе поверхности мембраны.

По биологической роли мембранные белки делят на ферментативные, защитные, рецепторные (сигнальные белки) и структурные.

Разные типы мембран имеют определенный набор ферментативных белков. На мембранах содержатся некоторые ферменты, которые принимают участие в регуляции обмена веществ, преобразовании энергии и т. п.

Некоторые мембранные белки (антитела и т. п.) выполняют защитную функцию.

Структурные белки принимают участие в стабилизации мембран.

Рецепторные белки способны в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигнал в клетку.

Липиды составляют от сухой массы мембран 40 %. Преобладают среди липидов фосфолипиды (до 80 %). Фосфолипиды в своем составе имеют остатки фосфорной и серной кислот, которые образуют гидрофильные головки. Неполярная часть представлена остатками жирных кислот.

Углеводы не входят самостоятельно в состав мембран. Они образуют комплексы с белками или липидами: гликопротеиды или гликолипиды соответственно. Локализованы на внешней стороне внешней мембраны.

Структура биологических мембран

iv>

Общепринятая модель биологических мембран как прокариот, так и эукариот – жидкостно-мозаичная. Название происходит от того, что около 30 % липидов тесно связаны с внутренними белками, а остальные находятся в жидком состоянии. Молекулы липидов образуют двойной слой, где полярные гидрофильные остатки фосфорной кислоты (головки) обращены к внешней и внутренней сторонам мембраны, к жидкой среде, неполярные хвосты – вглубь. Молекулы белков находятся или с внешней, или с внутренней стороны слоя липидов, или погружены в него. Сверху мембрана напоминает мозаику, которая образована полярными головками липидов и поверхностными и внутренними белками.

Мембраны способны волнообразно двигаться, чем способствуют передвижению макромолекул. Поскольку входящие в состав мембран молекулы способны перемещаться, мембраны при незначительных повреждениях быстро восстанавливаются, могут легко сливаться одна с другой, растягиваться и сжиматься.

Между молекулами белков или их частями часто существуют поры, или канальцы, заполненные водой.

Поверхность мембраны неоднородная, чем обусловлены отличительные физиологические свойства разных участков. Она образует отростки, вгибы, складки, микроворсинки, которые намного увеличивают внешнюю и внутреннюю поверхности клетки.

Транспорт веществ через мембрану

Транспорт может быть как пассивным (без затрат энергии), так и активным (с затратами энергии).


Пассивный транспорт веществ через мембрану

Пассивный транспорт происходит посредством диффузии, осмоса, транспортных белков. Процессы пассивного и активного транспорта присущи всем типам мембран.

Диффузия – это процесс взаимопроникновения молекул. Происходит взаимопроникновение благодаря различию в концентрации вещества извне и внутри клетки по градиенту концентрации. Вещества через определенные участки или поры проникают через мембрану вследствие хаотичного теплового движения молекул без затрат энергии. Диффузия зависит от проницаемости мембраны. Процесс пассивного транспорта обеспечивает избирательную проницаемость веществ через мембраны. Полупроницаемостъ мембраны – это способность выборочно пропускать в клетку и выводить из нее разные молекулы и ионы. При этом, как и при диффузии, вещества перемещаются благодаря градиенту концентрации почти без затрат энергии.

Осмос – это диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в область с большей концентрацией.

Существует несколько механизмов пассивного транспорта с помощью белков: 1) с участием подвижных белков-переносчиков, которые присоединяют транспортируемое вещество на одной поверхности мембраны, а освобождают на другой; 2) за счет изменения конфигурации внутренних белков, которые пересекают мембрану. Некоторые белки могут вращаться вокруг своей оси.

>

Фиксированные в мембране молекулы переносчиков могут образовывать цепь, и определенное вещество последовательно перемещается от одного звена этой цепи к другому.

Активный транспорт веществ через мембрану

Активный транспорт связан с затратами энергии, источником которой могут быть или различие концентрации ионов, которые возникают с обеих сторон мембраны, или энергия, которая высвобождается при расщеплении молекул АТФ.

На перенос веществ через плазматическую мембрану влияет различие концентрации ионов калия и натрия во внутренней и внешней средах клетки. Внутри живой клетки концентрация ионов калия всегда выше, чем извне, а ионов натрия – наоборот. Возникает градиент концентрации, который ведет к поступлению в клетку посредством диффузии ионов натрия, а ионов калия – из нее. Концентрация ионов в клетке и вне ее никогда не выравнивается, поскольку существует особый механизм, который выводит ионы натрия из клетки и вводит туда ионы калия. Такой механизм называется калиево-натриевым насосом. Процесс происходит с затратой энергии. Концентрация этих ионов с обеих сторон плазматической мембраны выравнивается в мертвых или замороженных клетках. Благодаря калиево-натриевому насосу облегчается энергетический негатив – против градиента концентрации – транспорт низкомолекулярных соединений (глюкозы, аминокислот и т. п.).

К активному транспорту относятся цитозы. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом, введение их в клетку – эндоцитозом. Известно два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. При этом образуются пузырьки, окруженные мембраной, диаметром 0,01-2 мкм. Вещества в этих творениях сливаются или взаимодействуют с разнообразными мембранными структурами.


Фагоцитоз (от греч. фагос – пожирать) – активное поглощение твердых объектов, частичек органических веществ, мелких клеток и т. п. Фагоцитоз наблюдается у клеток одноклеточных или многоклеточных животных, которые лишены клеточной стенки. Одноклеточные животные (амебы, фораминиферы и т. п.) и некоторые многоклеточные (клетки гидры и т. п.) питаются благодаря фагоцитозу. Лейкоциты хордовых с помощью фагоцитоза выполняют защитную функцию.

Процесс фагоцитоза происходит в несколько этапов: 1) сближение клетки с объектом, который можно захватить; 2) образование фагосомы – плазматическая мембрана окутывает объект и проталкивает его в цитоплазму; 3) переваривание объекта (поступают лизосомы, содержащие гидролитические ферменты). Непереваренные остатки выводятся из клетки.

Пиноцитоз (от греч. пино – пью, вбираю) – это поглощение клеткой жидкостей вместе с растворенными в них соединениями. Происходит благодаря вгибанию мембраны. Наблюдается у клеток разнообразных организмов.

Источник: xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai

Плазматическая мембрана


Плазмалемма — это перегородка, находящаяся внутри, непосредственно за оболочкой. Она делит клетку на определенные отсеки, которые направлены на компартменты или же органеллы. В них содержатся специализированные условия среды. Клеточная стенка полностью закрывает всю клеточную мембрану. Она выглядит как двойной слой молекул.

Основные сведения

Состав плазмалеммы — это фосфолипиды или же, как их еще называют, сложные липиды. Фосфолипиды имеют несколько частей: хвост и головку. Специалисты называют гидрофобные и гидрофильные части: в зависимости от строения животной или растительной клетки. Участки, которые именуются головкой — обращены внутрь клетки, а хвосты — наружу. Плазмалеммы по структуре являются инвариабельными и очень похожи у различных организмов; чаще всего исключение могут составить археи, у которых перегородки состоят из различных спиртов и глицерина.

Толщина плазмалеммы приблизительно 10 нм.

В малом содержании в состав биологической мембраны входят некоторые виды белков. Например, белки которые пронизывают всю мембрану насквозь, их называют интегральными. Мембраны, которые входят в состав и внешнего, и во внутреннего слоя (слой чаще всего бывает липидным), называются полуинтегральными.

Строение клетки

Существуют перегородки, которые находятся на внешней стороне или же снаружи части, вплотную прилегающей к мембране — их называют поверхностными. Некоторые виды белка могут быть своеобразными контактными точками для клеточной мембраны и оболочки. Внутри клетки находится цитоскелет и наружная стенка. Определенные виды интегрального белка могут быть использованы как каналы в ионных транспортных рецепторах (параллельно с нервными окончаниями).


Если использовать электронный микроскоп, то можно получить данные, на основе которых можно построить схему строения всех частей клетки, а также основных составляющих и оболочек. Верхний аппарат будет состоять из трех субсистем:

  • комплексное надмембранное включение;
  • плазматическая мембрана;
  • опорно-сократительный аппарат цитоплазмы, который будет иметь субмембранную часть.

К данному аппарату можно отнести цитоскелет клетки. Цитоплазма с органоидами и ядром называется — ядерный аппарат. Цитоплазматическая или, по-другому, плазматическая клеточная мембрана, находится под клеточной оболочкой.

Слово «мембрана» произошло от латинского слова membrum, которое можно перевести как «кожа» или «оболочка». Термин предложили более 200 лет назад и им чаще называли края клетки, но в период, когда началось использование различного электронного оборудования, установили, что плазматические цитолеммы составляют множество различных элементов оболочки.

Элементы чаще всего структурные, такие как:

  • митохондрии;
  • лизосомы;
  • пластиды;
  • перегородки.

плазматическая мембрана

Одна из первых гипотез относительно молекулярного состава плазмалеммы была выдвинута в 1940 году научным институтом Великобритании. Уже в 1960 году Уильям Робертс предложил миру гипотезу «Об элементарной мембране». Она предполагала, что все плазмалеммы клетки состоят из определенных частей, по сути, являются сформированными по общему принципу для всех царств организмов.

В начале семидесятых годов XX века было открыто множество данных,  на основании которых в 1972 году ученые из Австралии предложили новую мозаично-жидкостную модель строения клеток.

Строение плазматической мембраны

Модель 1972-го года является общепризнанной и по сей день. То есть в современной науке, различные ученые, работающие с оболочкой, опираются на теоретический труд «Строение биологической мембраны жидкостно-мозаичной модели».

Молекулы белков связаны с липидным бислоем и пронизывают всю мембрану полностью — интегральные белки (одно из общепринятых названий — это трансмембранные белки).

Оболочка в составе имеет различные углеводные компоненты, которые будут выглядеть как полисахаридная или сахаридная цепь. Цепь, в свою очередь, будет соединена липидами и белком. Соединенные молекулами белка цепи называются гликопротеинами, а молекулами липидов — гликозидами. Углеводы находятся на внешней стороне мембраны и выполняют функции рецепторов в клетках животного происхождения.

Гликопротеин — представляют собой комплекс надмембранных функций. Его еще называют гликокаликс (от греческих слов глик и каликс, что в переводе означает «сладкий» и «чашка»). Комплекс способствует адгезии клеток.

плазматическая мембрана

Функции плазматической мембраны

Барьерная

Помогает отделить внутренние составляющие клеточной массы от тех веществ, которые находятся извне. Предохраняет организм от попадания различных веществ, которые будут являться для него чужеродными, и помогает поддерживать внутриклеточный баланс.

Транспортная

Клетка имеет свой «пассивный транспорт» и использует его для уменьшения расхода энергии. Транспортная функция работает в следующих процессах:

  • эндоцитоз;
  • экзоцитоз;
  • натриевый и калиевый обмен.

На внешней стороне мембраны находится рецептор, на участке которого происходит смешивание гормонов и различных регуляторных молекул.

Строение клетки

Пассивный транспорт — процесс, при котором вещество проходит через мембрану, при этом энергия не затрачивается. Иными словами, вещество  доставляется из области клетки с высокой концентрацией, в ту сторону, где концентрация будет более низкая.

Существует два вида:

  • Простая диффузия — присуща маленьким нейтральным молекулам H2O, CO2 и О2 и некоторыми гидрофобным органическим веществам с низкой молекулярной массой и соответственно без проблем проходят через фосфолипиды мембраны. Эти молекулы могут проникать через мембрану вплоть до того времени, пока градиент концентрации будет стабилен и неизменен.
  • Облегченная диффузия — характерна для различных молекул гидрофильного типа. Они также могут проходить через мембрану согласно градиенту концентрации. Однако, процесс будет осуществляться с помощью различных белков, которые будут образовывать специфические каналы ионных соединений в мембране.

Активный транспорт — это перемещение различных составляющих через стенку мембраны в противовес градиенту. Такое перенесение требует значительных затрат энергетических ресурсов в клетке. Чаще всего именно активный транспорт является основным источником потребления энергии.

Выделяют несколько разновидностей активного транспорта при участии белков-переносчиков:

  • Натриево-калиевый насос. Получение клеткой необходимых минералов и микроэлементов.
  • Эндоцитоз — процесс, при котором происходит захват клеткой твердых частиц (фагоцитоз) или же различных капель любой жидкости (пиноцитоз).
  • Экзоцитоз — процесс, при котором происходит выделение из клетки определенных частиц во внешнюю окружающую среду. Процесс является противовесом эндоцитоза.

Термин «эндоцитоз» произошел от греческих слов «энда» (изнутри) и «кетоз» (чаша, вместилище). Процесс характеризует захват внешнего состава клеткой и осуществляется при производстве мембранных пузырьков. Этот термин был предложен в 1965 году профессором цитологии из Бельгии Кристианом Бэйлсом, он изучал поглощение различных веществ клетками млекопитающих, а также фагоцитоз и пиноцитоз.

Как протекает процесс

Фагоцитоз

Происходит при захвате клеткой определенных твердых частиц или же живых клеток. А пиноцитоз — это процесс, при котором капли жидкости захватываются клеткой. Фагоцитоз (от греческих слов «пожиратель» и «вместилище») — процесс при котором очень маленькие объекты живой природы захватываются и поглощаются, так же как и твердые части различных одноклеточных организмов.

Открытие процесса принадлежит физиологу из России — Вячеславу Ивановичу Мечникову, который определил непосредственно процесс, при этом он проводил различные испытания с морскими звездами и крошечными дафниями.

В основе питания одноклеточных гетеротрофных организмов лежит их способность переваривать, а также захватывать различные частицы.

Мечников описал алгоритм поглощения бактерии амебой и общий принцип фагоцитоза:

  • адгезия — прилипание бактерий к мембране клетки;
  • поглощение;
  • образование пузырька с бактериальной клеткой;
  • откупоривание пузырька.

Исходя из этого, процесс фагоцитоза состоит из таких этапов:

  1. Поглощаемая частица крепится к мембране.
  2. Окружение поглощаемой частицы мембраной.
  3. Образование мембранного пузырька (фагосома).
  4. Открепление мембранного пузырька (фагосомы) во внутреннюю часть клетки.
  5. Объединение фагосомы и лизосомы (переваривание), а также внутреннее перемещение частиц.

Как выгляди клетка под микроскопом

Можно наблюдать полное или частичное переваривание.

В случае частичного переваривания чаще всего образуется остаточное тельце, которое будет находиться внутри клетки некоторое время. Те остатки, которые будут непереварены, изымаются (эвакуируются) из клетки путем экзоцитоза. В процессе эволюции эта функция предрасположенности к фагоцитозу постепенно отделилась и перешла от различных одноклеточных к специализированным клеткам (таким как пищеварительная у кишечнополостных и губок), а после к особым клеткам у млекопитающих и человека.

К фагоцитозу предрасположены лимфоциты и лейкоциты в крови. Сам процесс фагоцитоза нуждается в больших затратах энергии и напрямую объединен с активностью внешней клеточной мембраны и лизосомы, при которых находятся пищеварительные ферменты.

Пиноцитоз

Пиноцитоз — это захват поверхностью клетки какой-либо жидкости, в которой находятся различные вещества. Открытие явления пиноцитоза принадлежит ученому Фицджеральду Льюису. Произошло это событие в 1932 году.

Пиноцитоз — это один из основных механизмов, при котором в клетку попадают высокомолекулярные соединения, например, различные гликопротеины или же растворимые белки. Пиноцитозная активность, в свою очередь, невозможна без физиологического состояния клетки и зависит от ее состава и состава окружающей среды. Самый активный пиноцитоз мы можем наблюдать у амебы.

У человека пиноцитоз наблюдается в клетках кишечника, в сосудах, почечных канальцах, а также в растущих ооцитах. Для того чтобы изобразить процесс пиноцитоза, которой будет осуществляться с помощью лейкоцитов человека, можно сделать выпячивание плазматической мембраны. При этом части будут отшнуровываться и отделяться. Процесс пиноцитоза нуждается в затрате энергии.

Этапы процесса пиноцитоза:

  1. На наружной клеточной плазмалемме появляются тонкие наросты, которые окружают капли жидкости.
  2. Этот участок внешней оболочки становится тоньше.
  3. Образование мембранного пузырька.
  4. Стенка прорывается (проваливается).
  5. Пузырек перемещается в цитоплазме и может слиться с различными пузырьками и органоидами.

Схемa строения плaзмaтической мембраны

Экзоцитоз

Термин произошел от греческих слов «экзо» — наружный, внешний и «цитоз» — сосуд, чаша. Процесс заключается в выделении клеточной частью определенных частиц во внешнюю среду. Процесс экзоцитоза является противоположным пиноцитозу.

В процессе экоцитоза из клетки выходят пузырьки внутриклеточной жидкости и переходят на внешнюю мембрану клетки. Содержимое внутри пузырьков может выделяться наружу, а мембрана клетки сливается с оболочкой пузырьков. Таким образом, большинство макромолекулярных соединений будет происходить именно этим способом.

Экзоцитоз выполняет ряд задач:

  • доставка молекул на внешнюю клеточную мембрану;
  • транспортировка по всей клетке веществ, которые будут нужны для роста и увеличения площади мембраны, например, определенных белков или же фосфолипидов;
  • освобождение или соединение различных частей;
  • выведение вредных и токсических продуктов, которые появляются при метаболизме, например, соляной кислоты секретируемой клетками слизистой оболочки желудка;
  • транспортировка пепсиногена, а также сигнальных молекул, гормонов или нейромедиаторов.

Специфические функции биологических мембран:

  • генерация импульса, происходящего на нервном уровне, внутри мембраны нейрона;
  • синтез полипептидов, а также липидов и углеводов шероховатой и гладкой сети эндоплазматической сетки;
  • изменение световой энергии и ее преобразование в энергию химическую.

Источник: LivePosts.ru

Основные сведения

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

Функции биомембран

  • барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.
  • транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.

Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.

При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.

Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

  • матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;
  • механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.
  • энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;
  • рецепторная — некоторые белки, сидящие в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетке воспринимает те или иные сигналы).

Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

  • ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.
  • осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

  • маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Структура и состав биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.

Мембранные органеллы

Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Снаружи клетка ограничена так называемой плазматической мембраной. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Избирательная проницаемость

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс-одни вещества пропускают, а другие нет. существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или их из клеки наружу:диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, т.е. не требуют затрат энергии; два последних-активные процессы, связанные с потреблением энерги.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

Ссылки

  • Bruce Alberts, et al. Molecular Biology Of The Cell. — 5th ed. — New York: Garland Science, 2007. — ISBN 0-8153-3218-1 — учебник по молекулярной биологии на англ. языке
  • Рубин А.Б. Биофизика, учебник в 2 тт.. — 3-е издание, исправленное и дополненное. — Москва: издательство Московского университета, 2004. — ISBN 5-211-06109-8
  • Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции: перевод с англ. = Biomembranes. Molecular structure and function (by Robert B. Gennis). — 1-е издание. — Москва: Мир, 1997. — ISBN 5-03-002419-0
  • Иванов В.Г., Берестовский Т.Н. Липидный бислой биологических мембран. — Москва: Наука, 1982.
  • Антонов В.Ф., Смирнова Е.Н., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых переходах. — Москва: Наука, 1994.

Источник: dvc.academic.ru