Навіщо потрібна зовнішня мембрана у клітині. Будова клітини

Клітинна мембрана- це оболонка клітини, що виконує такі функції: поділ вмісту клітини та зовнішнього середовища, вибірковий транспорт речовин (обмін із зовнішнім для клітини середовищем), місце протікання деяких біохімічних реакцій, об'єднання клітин у тканини та рецепція.

Клітинні мембрани поділяють на плазматичні (внутрішньоклітинні) та зовнішні. Основна властивість будь-якої мембрани – напівпроникність, тобто здатність пропускати лише певні речовини. Це дозволяє здійснювати вибірковий обмін між клітиною та зовнішнім середовищем або обмін між компартментами клітини.

Плазматичні мембрани – це ліпопротеїнові структури. Ліпіди спонтанно утворюють бислой (подвійний шар), а мембранні білки «плавають» у ньому. У мембранах є кілька тисяч різних білків: структурні, переносники, ферменти та ін. Між білковими молекулами є пори, крізь які проходять гідрофільні речовини (безпосередньому їх проникненню в клітину заважає ліпідний бішар). До деяких молекул на поверхні мембрани приєднані глікозильні групи (моносахариди та полісахариди), які беруть участь у процесі розпізнавання клітин при утворенні тканин.

Мембрани відрізняються своєю товщиною, зазвичай вона становить від 5 до 10 нм. Товщина визначається розмірами молекули амфіфільного ліпіду та становить 5,3 нм. Подальше збільшення товщини мембрани обумовлено розмірами мембранних білкових комплексів. Залежно від зовнішніх умов (регулятором є холестерол) структура бислоя може змінюватися отже він стає щільнішим чи рідким - від цього залежить швидкість переміщення речовин уздовж мембран.

До клітинних мембран відносять: плазмолему, каріолему, мембрани ендоплазматичної мережі, апарату Гольджі, лізосом, пероксисом, мітохондрій, включень тощо.

Ліпіди не розчиняються у воді (гідрофобність), але добре розчиняються в органічних розчинниках та жирах (ліпофільність). Склад ліпідів у різних мембранах неоднаковий. Наприклад, плазматична мембрана містить багато холестерину. З ліпідів у мембрані найчастіше зустрічаються фосфоліпіди (гліцерофосфатиди), сфінгомієліни (сфінголіпіди), гліколіпіди та холестерин.

Фосфоліпіди, сфінгомієліни, гліколіпіди складаються з двох функціонально різних частин: гідрофобної неполярної, яка не несе зарядів – «хвости», що складаються з жирних кислот, та гідрофільної, що містить заряджені полярні «головки» – спиртові групи (наприклад, гліцерин).

Гідрофобна частина молекули зазвичай складається із двох жирних кислот. Одна з кислот гранична, а друга ненасичена. Це визначає здатність ліпідів спонтанно утворювати двошарові (біліпідні) мембранні структури. Ліпіди мембран виконують такі функції: бар'єрну, транспортну, мікрооточення білків, електричний опір мембрани.

Мембрани відрізняються одна від одної набором білкових молекул. Багато мембранних білків складаються з ділянок, багатих на полярні (несучі заряд) амінокислоти, і ділянок з неполярними амінокислотами (гліцином, аланіном, валіном, лейцином). Такі білки в ліпідних шарах мембран розташовуються так, що їх неполярні ділянки занурені в «жирну» частину мембрани, де знаходяться гідрофобні ділянки ліпідів. Полярна (гідрофільна) частина цих білків взаємодіє з головками ліпідів і звернена у бік водної фази.

Біологічні мембрани мають спільні властивості:

мембрани - замкнуті системи, які не дозволяють вмісту клітини та її компартментів змішуватись. Порушення цілісності мембрани може призвести до загибелі клітин;

поверхнева (площинна, латеральна) рухливість. У мембранах йде безперервне переміщення речовин поверхнею;

асиметрія мембрани Будова зовнішнього та поверхневого шарів хімічно, структурно та функціонально неоднорідна.

Клітинна мембранамолекулярна структура, що складається з ліпідів та білків. Основні її якості та функції:

відділення вмісту будь-якої клітини від зовнішнього середовища, гарантуючи її цілісність;
управління та налагодження обміном між середовищем та клітиною;
внутрішньоклітинні мембрани розбивають клітину на спеціальні відсіки: органели чи компартменти.

Слово «мембрана» латиною означає «плівка». Якщо говорити про клітинну мембрану, то це сукупність двох плівок, які мають різні властивості.

Біологічна мембрана включає в себе три види білків:

Периферичні – розташовані поверхні плівки;
Інтегральні - повністю пронизують мембрану;
Напівінтегральні – одним кінцем проникають усередину біліпідного шару.

Які функції виконує клітинна мембрана

1. Клітинна стінка – міцна оболонка клітини, що знаходиться зовні від цитоплазматичної мембрани. Вона виконує захисні, транспортні та структурні функції. Є у багатьох рослин, бактерій, грибів та архей.

2. Забезпечує бар'єрну функцію, тобто вибірковий, регульований, активний та пасивний обмін речовин із зовнішнім середовищем.

3. Здатна передавати та зберігати інформацію, а також бере участь у процесі розмноження.

4. Виконує транспортну функцію, яка може через мембрану транспортувати речовини в клітину та з клітини.

5. Клітинна мембрана має односторонню провідність. Завдяки цьому молекули води можуть без затримок проходити через клітинну мембрану, а молекули інших речовин проникають вибірково.

6. За допомогою клітинної мембрани відбувається одержання води, кисню та поживних речовин, а через неї видаляються продукти клітинного обміну.

7. Виконує клітинний обмін через мембрани, і може виконувати їх за допомогою 3 основних типів реакцій: піноцитоз, фагоцитоз, екзоцитоз.

8. Мембрана забезпечує специфіку міжклітинних контактів.

9. У мембрані є численні рецептори, які здатні сприймати хімічні сигнали — медіатори, гормони та безліч інших біологічних активних речовин. Так вона може змінити метаболічну активність клітини.

10. Основні властивості та функції клітинної мембрани:

Матрична
Бар'єрна
Транспортна
Енергетична
Механічна
Ферментативна
Рецепторна
Захисна
Маркувальна
Біопотенційна

Яку функцію виконує у клітині плазматична мембрана?

Відмежовує вміст клітини;
Здійснює надходження речовин у клітину;
Забезпечує видалення ряду речовин із клітини.

Структура мембрани клітини

Клітинні мембрани включають ліпіди 3 класів:

Гліколіпіди;
Фосфоліпіди;
Холестерол.

В основному мембрана клітини складається з білків та ліпідів, і має товщину не більше 11 нм. Від 40 до 90% всіх ліпідів складають фосфоліпіди. Також важливо відзначити гліколіпіди, які є одним із основних компонентів мембрани.

Структура клітинної мембрани тришарова. У центрі розташовується однорідний рідкий шар біліпіду, а білки закривають його з двох сторін (як мозаїку), частково проникаючи в товщу. Також білки необхідні для мембрани, щоб пропускати всередину клітин та транспортувати з них назовні особливі речовини, які не можуть проникнути через жировий шар. Наприклад, іони натрію та калію.

Це цікаво -

Будова клітини - відео

У 1972 році була висунута теорія, згідно з якою частково проникна мембрана оточує клітину і виконує ряд життєво важливих завдань, а будова та функції клітинних мембран є важливими питаннями щодо правильного функціонування всіх клітин в організмі. набула широкого поширення в 17 столітті, разом з винаходом мікроскопа. Стало відомо, що рослинні та тваринні тканини складаються з клітин, але через низьку роздільну здатність приладу неможливо було побачити якісь бар'єри навколо тваринної клітини. У 20-му столітті хімічна природа мембрани досліджувалася детальніше, було з'ясовано, що її основу складають ліпіди.

Будова та функції клітинних мембран

Клітинна мембрана оточує цитоплазму живих клітин, фізично відокремлюючи внутрішньоклітинні компоненти від довкілля. Гриби, бактерії та рослини також мають клітинні стінки, які забезпечують захист та перешкоджають проходженню великих молекул. Клітинні мембрани також відіграють роль у становленні цитоскелета та прикріпленні до позаклітинного матрикса інших життєво важливих частинок. Це потрібно для того, щоб утримувати їх разом, формуючи тканини та органи організму. Особливості будови клітинної мембрани включають проникність. Основною функцією є захист. Мембрана складається з фосфоліпідного шару із вбудованими білками. Ця частина бере участь у таких процесах, як клітинна адгезія, іонна провідність і сигнальні системи і служить як поверхня кріплення для декількох позаклітинних структур, у тому числі стінки, глікоколіксу та внутрішнього цитоскелета. Мембрана також зберігає потенціал клітини, працюючи як селективний фільтр. Вона є селективно проникною для іонів та органічних молекул і керує переміщенням частинок.

Біологічні механізми за участю клітинної мембрани

1. Пасивна дифузія: деякі речовини (малі молекули, іони), такі як двоокис вуглецю (СО2) та кисню (О2), можуть проникати через плазматичну мембрану шляхом дифузії. Оболонка діє як бар'єр для певних молекул та іонів, вони можуть концентруватися з обох боків.

2. Трансмембранний білок каналів та транспортерів: поживні речовини, такі як глюкоза або амінокислоти, повинні потрапити в клітину, а деякі продукти обміну речовин мають залишити її.

3. Ендоцитоз – це процес, при якому поглинаються молекули. У плазматичній мембрані створюється невелика деформація (інвагінація), в якій речовина, що підлягає транспортуванню, заковтується. Це потребує енергії і таким чином є формою активного транспорту.

4. Екзоцитоз: відбувається в різних клітинах для видалення неперетравлених залишків речовин, принесених ендоцитозом, щоб секретувати речовини, такі як гормони та ферменти, та транспортувати речовину повністю через клітинний бар'єр.

Молекулярна структура

Клітинна мембрана - це біологічна оболонка, що складається переважно з фосфоліпідів і відокремлює вміст усієї клітини від зовнішнього середовища. Процес освіти відбувається мимовільно за нормальних умов. Щоб зрозуміти цей процес і правильно описати будову та функції клітинних мембран, а також властивості, необхідно оцінити характер фосфоліпідних структур, для яких властива структурна поляризація. Коли фосфоліпіди у водному середовищі цитоплазми досягають критичної концентрації, вони об'єднуються у міцели, які є більш стабільними у водному середовищі.

Мембранні властивості

Стабільність. Це означає, що після утворення розпаду мембрани є малоймовірним.
Міцність. Ліпідна оболонка досить надійна, щоб запобігти проходженню полярної речовини, через утворений кордон не можуть пройти як розчинені речовини (іони, глюкоза, амінокислоти), так і набагато більші молекули (білки).
Динамічний характер. Це, мабуть, найважливіша властивість, якщо розглядати будову клітини. Клітинна мембрана може піддаватися різним деформаціям, може складатися і згинатись і при цьому не зруйнуватися. За особливих обставин, наприклад, при злитті везикул або бутонізації, вона може бути порушена, але лише на якийсь час. При кімнатній температурі її ліпідні складові перебувають у постійному хаотичному русі, утворюючи стабільну текучу межу.

Рідка мозаїчна модель

Говорячи про будову та функції клітинних мембран, важливо відзначити, що в сучасному уявленні мембрана як рідка мозаїчна модель була розглянута в 1972 році вченими Сінгером та Ніколсоном. Їхня теорія відображає три основні особливості структури мембрани. Інтегральні сприяють мозаїчним шаблоном для мембрани, і вони здатні на бічне рух у площині через мінливу природу ліпідної організації. Трансмембранні білки є також потенційно мобільними. Важливою особливістю структури мембрани є її асиметрія. Що є будова клітини? Клітинна мембрана, ядро, білки тощо. Клітина є основною одиницею життя, і всі організми складаються з однієї або багатьох клітин, кожна з яких має природний бар'єр, що відокремлює її від довкілля. Ця зовнішня межа осередку також називається плазматичною мембраною. Вона складається з чотирьох різних типів молекул: фосфоліпіди, холестерин, білки та вуглеводи. Рідка мозаїчна модель описує структуру клітинної мембрани наступним чином: гнучка і еластична, за консистенцією нагадує рослинне масло, так що всі окремі молекули просто плавають у рідкому середовищі, і всі вони здатні рухатися вбік в межах цієї оболонки. Мозаїка є щось, що містить багато різних деталей. У плазматичній мембрані вона представлена фосфоліпідами, молекулами холестерину, білками та вуглеводами.

Фосфоліпіди

Фосфоліпіди становлять основну структуру клітинної мембрани. Ці молекули мають два різні кінці: голову і хвіст. Головний кінець містить фосфатну групу і є гідрофільним. Це означає, що вона притягується до молекул води. Хвіст складається з водню та атомів вуглецю, званих ланцюжками жирних кислот. Ці ланцюги гідрофобні, вони не люблять поєднуватися з молекулами води. Цей процес нагадує те, що відбувається, коли ви ллєте олію у воду, тобто вона в ній не розчиняється. Особливості будови клітинної мембрани пов'язані з так званим ліпідним бислоем, що складається з фосфоліпідів. Гідрофільні фосфатні голови завжди розташовуються там, де є вода у вигляді внутрішньоклітинної та позаклітинної рідини. Гідрофобні хвости фосфоліпідів у мембрані організовані таким чином, що тримають їх подалі від води.

Холестерин, білки та вуглеводи

Почувши слово холестерин, люди зазвичай думають, що це погано. Однак насправді холестерин є дуже важливим компонентом клітинних мембран. Його молекули складаються з чотирьох кілець водню та атомів вуглецю. Вони гідрофобні та зустрічаються серед гідрофобних хвостів у ліпідному бі-шарі. Їхня важливість полягає у підтримці консистенції, вони зміцнюють мембрани, запобігаючи перетину. Молекули холестерину також тримають фосфоліпідні хвости від вступу в контакт та твердіння. Це гарантує плинність та гнучкість. Мембранні білки виконують функції ферментів прискорення хімічних реакцій, виступають як рецептори для специфічних молекул або транспортують речовини через клітинну мембрану.

Вуглеводи, або сахариди, зустрічаються тільки на позаклітинному боці мембрани клітини. Разом вони утворюють глікоколікс. Він забезпечує амортизацію та захист плазматичної мембрани. На основі структури та типу вуглеводів у глікокаліксі організм може розпізнавати клітини та визначати, чи повинні вони бути там чи ні.

Мембранні білки

Будова клітинної мембрани неможливо уявити без такого значного компонента, як білок. Незважаючи на це, вони можуть значно поступатися за розмірами іншої важливої складової – ліпідам. Існує три види основних мембранних білків.

Інтегральні. Вони повністю охоплюють бі-шар, цитоплазму та позаклітинне середовище. Вони виконують транспортну та сигналізуючу функцію.
периферичні. Білки прикріплюються до мембрани за допомогою електростатичних або водневих зв'язків у їх цитоплазматичних або позаклітинних поверхнях. Вони беруть участь переважно як засіб кріплення для інтегральних білків.
Трансмембранні. Вони виконують ферментативну та сигнальну функції, а також модулюють основну структуру ліпідного бі-шару мембрани.

Функції біологічних мембран

Гідрофобний ефект, що регламентує поведінку вуглеводнів у воді, контролює структури, утворені за допомогою мембранних ліпідів та мембранних білків. Багато властивостей мембран даруються носіями ліпідних бі-шарів, що утворюють базову структуру для всіх біологічних мембран. Інтегральні мембранні білки частково заховані у ліпідному бі-шарі. Трансмембранні білки мають спеціалізовану організацію амінокислот у їхній первинній послідовності.

Периферичні мембранні білки дуже подібні до розчинних, але вони також прив'язані до мембран. Спеціалізовані клітинні мембрани мають спеціалізовані функції клітин. Як будова та функції клітинних мембран впливають на організм? Від того, як улаштовані біологічні мембрани, залежить забезпечення функціональності всього організму. З внутрішньоклітинних органел, позаклітинних та міжклітинних взаємодій мембран створюються структури, необхідні для організації та виконання біологічних функцій. Багато структурних і функціональних особливостей є спільними для бактерій, і оболонкових вірусів. Всі біологічні мембрани побудовані на ліпідному бі-шарі, що зумовлює наявність низки загальних характеристик. Мембранні білки мають безліч специфічних функцій.

Контролююча. Плазматичні мембрани клітин визначають межі взаємодії клітини з довкіллям.
Транспортні. Внутрішньоклітинні мембрани клітин розділені на кілька функціональних блоків з різною внутрішньою композицією, кожна з яких підтримується необхідною транспортною функцією у поєднанні з проникністю керування.
Сигнальна трансдукція. Злиття мембран забезпечує механізм внутрішньоклітинного везикулярного оповіщення та перешкоджання різного роду вірусам вільно проникати у клітину.

Значення та висновки

Будова зовнішньої клітинної мембрани впливає весь організм. Вона відіграє у захисті цілісності, дозволяючи проникнення лише обраних речовин. Це також хороша база для кріплення цитоскелету та клітинної стінки, що допомагає у збереженні форми клітини. Ліпіди становлять близько 50% маси мембрани більшості клітин, хоча цей показник варіюється залежно від типу мембрани. Будова зовнішньої клітинної мембрани ссавців є більш складною, там містяться чотири основні фосфоліпіди. Важливою властивістю ліпідних бі-шарів є те, що вони поводяться як двовимірні рідини, в якій окремі молекули можуть вільно обертатися та переміщатися у бокових напрямках. Така плинність - це важлива властивість мембран, що визначається залежно від температури та ліпідного складу. Завдяки вуглеводневій кільцевій структурі холестерин відіграє певну роль у визначенні плинності мембран. біологічних мембран для малих молекул дозволяє клітині контролювати та підтримувати її внутрішню структуру.

Розглядаючи будову клітини (клітинна мембрана, ядро тощо), можна дійти невтішного висновку у тому, що організм - це саморегулююча система, яка без сторонньої допомоги зможе собі нашкодити і завжди шукатиме шляхи відновлення, захисту і правильного функціонування кожної клітини.

Зображення клітинної мембрани. Маленькі блакитні та білі кульки відповідають гідрофільним «головкам» ліпідів, а приєднані до них лінії – гідрофобним «хвостам». На малюнку показані лише інтегральні мембранні білки (червоні глобули та жовті спіралі). Жовті овальні точки всередині мембрани - молекули холестеролу Жовто-зелені ланцюжки бусинок на зовнішній стороні мембрани - ланцюжки олігосахаридів

Біологічна мембрана включає і різні білки: інтегральні (пронизують мембрану наскрізь), напівінтегральні (занурені одним кінцем у зовнішній або внутрішній ліпідний шар), поверхневі (розташовані на зовнішній або прилеглі до внутрішньої сторони мембрани). Деякі білки є точками контакту клітинної мембрани з цитоскелетом усередині клітини і клітинною стінкою (якщо вона є) зовні. Деякі з інтегральних білків виконують функцію іонних каналів, різних транспортерів та рецепторів.

Функції біомембран

бар'єрна - забезпечує регульований, вибірковий, пасивний та активний обмін речовин із навколишнім середовищем. Наприклад, мембрана пероксисом захищає цитоплазму від небезпечних для клітин пероксидів. Виборча проникність означає, що проникність мембрани для різних атомів або молекул залежить від їх розмірів, електричного заряду та хімічних властивостей. Виборча проникність забезпечує відокремлення клітини та клітинних компартментів від навколишнього середовища та постачання їх необхідними речовинами.

транспортна - через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину та з клітини. Транспорт через мембрани забезпечує: доставку поживних речовин, видалення кінцевих продуктів обміну, секрецію різних речовин, створення іонних градієнтів, підтримка в клітині відповідного pH та іонної концентрації, які потрібні для клітинних ферментів.

Частинки, з якоїсь причини не здатні перетнути фосфоліпідний бішар (наприклад, через гідрофільні властивості, оскільки мембрана всередині гідрофобна і не пропускає гідрофільні речовини, або через великі розміри), але необхідні для клітини, можуть проникнути крізь мембрану через спеціальні білки-переносники (транспортери) та білки-канали або шляхом ендоцитозу.

При пасивному транспорті речовини перетинають ліпідний бислой без витрат енергії шляхом дифузії. Варіантом цього механізму є полегшена дифузія, при якій речовині допомагає пройти через мембрану будь-яка специфічна молекула. Ця молекула може мати канал, що пропускає речовини тільки одного типу.

Активний транспорт потребує витрат енергії, оскільки відбувається проти градієнта концентрації. На мембрані існують спеціальні білки-насоси, у тому числі АТФаза, яка активно вкачують у клітину іони калію (K+) та викачують із неї іони натрію (Na+).

матрична - забезпечує певне взаєморозташування та орієнтацію мембранних білків, їх оптимальну взаємодію;

механічна - забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, а також з'єднання з іншими клітинами (у тканинах). Велику роль забезпечення механічної функції мають клітинні стінки, а тварин - міжклітинна речовина.

енергетична - при фотосинтезі в хлоропластах та клітинному диханні у мітохондріях у їх мембранах діють системи перенесення енергії, у яких також беруть участь білки;

рецепторна – деякі білки, що знаходяться в мембрані, є рецепторами (молекулами, за допомогою яких клітина сприймає ті чи інші сигнали).

Наприклад, гормони, що циркулюють у крові, діють тільки на такі клітини-мішені, які мають відповідні цим гормонам рецептори. Нейромедіатори (хімічні речовини, що забезпечують проведення нервових імпульсів) також зв'язуються з особливими білками рецепторів клітин-мішеней.

Ферментативна - мембранні білки нерідко є ферментами. Наприклад, плазматичні мембрани епітеліальних клітин кишківника містять травні ферменти.

здійснення генерації та проведення біопотенціалів.

За допомогою мембрани в клітині підтримується постійна концентрація іонів: концентрація іону К+ усередині клітини значно вища, ніж зовні, а концентрація Na+ значно нижча, що дуже важливо, оскільки це забезпечує підтримку різниці потенціалів на мембрані та генерацію нервового імпульсу.

маркування клітини – на мембрані є антигени, що діють як маркери – «ярлики», що дозволяють пізнати клітину. Це глікопротеїни (тобто білки з приєднаними до них розгалуженими олігосахаридними бічними ланцюгами), що відіграють роль «антен». Через незліченну безліч конфігурації бічних ланцюгів можна створити для кожного типу клітин свій спеціальний маркер. За допомогою маркерів клітини можуть розпізнавати інші клітини і діяти відповідно до них, наприклад, при формуванні органів і тканин. Це дозволяє імунній системі розпізнавати чужорідні антигени.

Структура та склад біомембран

Мембрани складаються з ліпідів трьох класів: фосфоліпіди, гліколіпіди та холестерол. Фосфоліпіди та гліколіпіди (ліпіди з приєднаними до них вуглеводами) складаються з двох довгих гідрофобних вуглеводневих «хвостів», які пов'язані із зарядженою гідрофільною «головою». Холестерол надає мембрані жорсткості, займаючи вільний простір між гідрофобними хвостами ліпідів і не дозволяючи їм згинатися. Тому мембрани з малим вмістом холестеролу гнучкіші, а з більшим - жорсткіші і тендітніші. Також холестерол служить «стопором», що перешкоджає переміщенню полярних молекул з клітини та клітину. Важливу частину мембрани становлять білки, що пронизують її та відповідають за різноманітні властивості мембран. Їх склад та орієнтація у різних мембранах різняться.

Клітинні мембрани часто асиметричні, тобто шари відрізняються за складом ліпідів, перехід окремої молекули з одного шару до іншого (так званий фліп-флоп) Утруднений.

Мембранні органели

Це замкнені одиночні або пов'язані одна з одною ділянки цитоплазми, відокремлені від гіалоплазми мембранами. До одномембранних органелів належать ендоплазматична мережа, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі, пероксисоми; до двомембранних - ядро, мітохондрії, пластиди. Зовні клітина обмежена так званою плазматичною мембраною. Будова мембран різних органел відрізняється за складом ліпідів та мембранних білків.

Виборча проникність

Клітинні мембрани мають вибіркову проникність: через них повільно дифундують глюкоза, амінокислоти, жирні кислоти, гліцерол та іони, причому самі мембрани певною мірою активно регулюють цей процес - одні речовини пропускають, а інші ні. Існує чотири основні механізми для надходження речовин у клітину або виведення їх з клеки назовні: дифузія, осмос, активний транспорт та екзо-або ендоцитоз. Два перші процеси носять пасивний характер, тобто не вимагають витрат енергії; два останні - активні процеси, пов'язані із споживанням енергії.

Виборча проникність мембрани під час пасивного транспорту обумовлена спеціальними каналами - інтегральними білками. Вони пронизують мембрану наскрізь, утворюючи свого роду прохід. Для елементів K, Na та Cl є свої канали. Щодо градієнта концентрації молекули цих елементів рухаються в клітину та з неї. При подразненні канали іонів натрієвих розкриваються, і відбувається різке надходження в клітину іонів натрію. У цьому відбувається дисбаланс мембранного потенціалу. Після цього мембранний потенціал відновлюється. Канали калію завжди відкриті, через них у клітину повільно потрапляють іони калію.

Посилання

Bruce Alberts, et al. Molecular Biology Of The Cell. - 5th ed. – New York: Garland Science, 2007. – ISBN 0-8153-3218-1 – підручник з молекулярної біології на англ. мовою

Рубін А.Б.Біофізика, підручник у 2 тт. . - 3-тє видання, виправлене та доповнене. - Москва: видавництво Московського університету, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

Генніс Р.Біомембрани. Молекулярна структура та функції: переклад з англ. = Біомеmbranes. Molecular structure and function (Роберт Б. Gennis). – 1-е видання. - Москва: Світ, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

Іванов В.Г., Берестовський Т.М.Ліпідний бислой біологічних мембран. - Москва: Наука, 1982.

Антонов В.Ф., Смирнова О.М., Шевченко О.В.Ліпідні мембрани під час фазових переходів. - Москва: Наука, 1994.

Див. також

Володимиров Ю. А., Пошкодження компонентів біологічних мембран при патологічних процесах

Wikimedia Foundation. 2010 .

Короткий опис:

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

Клітинна мембрана (плазм алема чи плазм олема)

Визначення поняття

Клітинна мембрана (синоніми: плазмалема, плазмолема, цитоплазматична мембрана, біомембрана) - це потрійна ліпопротеїнова (тобто "жиро-білкова") оболонка, що відокремлює клітину від навколишнього середовища і здійснює керований обмін і зв'язок між клітиною та навколишнім середовищем.

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

Біологічна мембрана - це ультратонка бімолекулярна плівка фосфоліпідів, інкрустована білками та полісахаридами. Ця клітинна структура є основою бар'єрних, механічних і матричних властивостей живого організму (Антонов В.Ф., 1996).

Образне уявлення про мембрану

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

Властивості мембрани

1. Проникність.

2. Напівпроникність (часткова проникність).

3. Виборча (синонім: селективна) проникність.

4. Активна проникність (синонім: активний транспорт).

5. Керована проникність.

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

6. Фагоцитоц та піноцитоз.

7. Екзоцитоз.

8. Наявність електричних та хімічних потенціалів, точніше різниці потенціалів між внутрішньою та зовнішньою сторонами мембрани. Образно можна сказати, що "мембрана перетворює клітину на "електричну батарейку" за допомогою управління іонними потоками". Подробиці: .

9. Зміни електричного та хімічного потенціалу.

10. Подразливість. Спеціальні молекулярні рецептори, що знаходяться на мембрані, можуть з'єднуватися з сигнальними (керуючими) речовинами, внаслідок чого може змінюватися стан мембрани та всієї клітини. Молекулярні рецептори запускають біохімічні реакції у відповідь на поєднання з ними лігандів (керівників). Важливо, що сигнальна речовина впливає на рецептор зовні, а зміни продовжуються всередині клітини. Виходить, що мембрана передала інформацію з довкілля у внутрішнє середовище клітини.

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

12. Зміна форми поверхні та її площі. Це дозволяє мембрані утворювати вирости назовні або, навпаки, вп'ячування всередину клітини.

13. Здатність утворювати контакти коїться з іншими клітинними мембранами.

14. Адгезія – здатність прилипати до твердих поверхонь.

Короткий перелік властивостей мембрани

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

Функції мембрани

1. Неповна ізоляція внутрішнього вмісту від довкілля.

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

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

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

Відео:Будова мембрани клітини

Відеолекція:Детально про будову мембрани та транспорт

Будова мембрани

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

Нижче представлені мікрофотографії реальних клітинних мембран контактуючих клітин, отримані за допомогою електронного мікроскопа, а також схематичний малюнок, що показує тришаровість мембрани та мозаїчність її білкових шарів. Щоб збільшити зображення, натисніть на нього.

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

Рисунок вище: Неповне схематичне зображення клітинної мембрани (клітинної оболонки), наведене у Вікіпедії.

Врахуйте, що зовнішній і внутрішній білкові шари тут з мембрани зняті, щоб нам краще було видно центральний подвійний жировий ліпідний шар. У реальній клітинній мембрані зверху і знизу жировою плівочкою (дрібні кульки на малюнку) плавають великі білкові "острова", і мембрана виходить більш товстою, тришаровою: білок-жир-білок . Тож вона насправді схожа на сендвіч із двох білкових " шматків хліба " з жирним шаром " олії " посередині, тобто. має тришарову будову, а не двошарову.

На цьому малюнку маленькі блакитні та білі кульки відповідають гідрофільним (змочуваним) «головкам» ліпідів, а приєднані до них «ниточки» - гідрофобним (несмачуваним) «хвостам». З білків показані лише інтегральні наскрізні мембранні білки (червоні глобули та жовті спіралі). Жовті овальні точки всередині мембрани - це молекули холестеролу. Глікокалікс - це як би вуглеводний ("цукровий") "пушок" на мембрані, утворений довгими вуглеводно-білковими молекулами, що стирчать з неї.

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

Стінки цього мішечка утворені подвійною жировою (ліпідною) плівочкою, обліпленою зсередини та зовні білками – клітинною мембраною. Тому кажуть, що мембрана має тришарова будова : білки-жири-білки. Усередині клітини є безліч подібних жирових мембран, які ділять її внутрішній простір на відсіки. Такими ж мембранами оточені клітинні органели: ядро, мітохондрії, хлоропласти. Так що мембрана – це універсальна молекулярна структура, властива всім клітинам та всім живим організмам.

Зліва - вже не реальна, а штучна модель шматочка біологічної мембрани: це миттєвий знімок жирового фосфоліпідного бислоя (тобто подвійного шару) в процесі його молекулярно-динамічного моделювання. Показано розрахунковий осередок моделі - 96 молекул ФГ ( фосфатидил холина) та 2304 молекули води, всього 20544 атомів.

Праворуч - наочна модель одиночної молекули того самого ліпіду, з яких таки збирається мембранний ліпідний бислой. Вгорі у нього гідрофільна (водолюбна) голівка, а знизу - два гідрофобних (бояться води) хвостика. У цього ліпіду є проста назва: 1-стероїл-2-докозагексаєноіл-Sn-гліцеро-3-фосфатидилхолін (18:0/22:6(n-3)cis ФГ), але вам немає потреби його запам'ятовувати, якщо ви тільки не плануєте довести свого викладача до непритомності глибиною своїх знань.

Можна дати і більш точне наукове визначення клітини:

– це обмежена активною мембраною, упорядкована, структурована неоднорідна система біополімерів, що беруть участь у єдиній сукупності обмінних, енергетичних та інформаційних процесів, а також здійснюють підтримку та відтворення всієї системи загалом.

Усередині клітина також пронизана мембранами, а між мембранами знаходиться не вода, а в'язкий гель/золь щільності, що змінюється. Тому взаємодіючі молекули в клітині не плавають вільно, як у пробірці з водним розчином, а переважно сидять (іммобілізовані) на полімерних структурах цитоскелета або внутрішньоклітинних мембранах. І хімічні реакції тому проходять усередині клітини майже як у твердому тілі, а чи не в рідині. Зовнішня мембрана, що оточує клітину, також обліплена ферментами та молекулярними рецепторами, що робить її дуже активною частиною клітини.

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

З цього визначення мембрани випливає, що вона не просто обмежує клітину, а активно працює, пов'язуючи її з навколишнім середовищем.

Жир, з якого складаються мембрани, – особливий, тому його молекули прийнято називати не просто жиром, а «ліпідами», «фосфоліпідами», «сфінголіпідами». Мембранна плівочка є подвійною, тобто вона складається з двох плівочок, що злиплися один з одним. Тому в підручниках пишуть, що основа клітинної мембрани складається з двох ліпідних шарів (або " бішару", тобто подвійного шару). У кожного окремо взятого ліпідного шару одна сторона може змочуватися водою, а інша - не може.

Мембрана бактерій

Оболонка прокаріотичної клітини грамнегативних бактерій складається з кількох шарів, показаних нижче.
Шари оболонки грамнегативних бактерій:
1. Внутрішня тришарова цитоплазматична мембрана, яка стикається з цитоплазмою.
2. Клітинна стінка, що складається з муреїну.
3. Зовнішня тришарова цитоплазматична мембрана, яка має таку систему ліпідів з білковими комплексами, як і внутрішня мембрана.
Спілкування грамнегативних бактеріальних клітин із зовнішнім світом через таку складну триступеневу структуру не дає їм переваги у виживанні за суворих умов порівняно з грампозитивними бактеріями, що мають менш потужну оболонку. Вони так само погано переносять високі температури, підвищену кислотність та перепади тиску.

Відеолекція:Плазматична мембрана. Є.В. Шеваль, к.б.н.

Відеолекція:Мембрана як клітинна межа. А. Іляскін

Важливість іонних каналів мембрани

Легко зрозуміти, що через мембранну жирову плівку можуть проникати у клітину лише жиророзчинні речовини. Це жири, спирти, гази.Наприклад, в еритроцитах прямо через мембрану легко проходять всередину та назовні кисень та вуглекислий газ. А ось вода та водорозчинні речовини (наприклад, іони) просто так через мембрану не можуть пройти всередину будь-якої клітини. Це означає, що їм потрібні спеціальні отвори. Але якщо просто зробити отвір у жировій плівці, воно відразу затягнеться назад. Що ж робити? Вихід у природі було знайдено: треба зробити спеціальні білкові транспортні структури та протягнути їх крізь мембрану. Саме так і виходять канали для пропускання нерозчинних у жирі речовин – іонні канали мембрани клітини.

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

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

Висновки

1. В цілому, мембрана виходить тришаровою:

1) зовнішній шар з білкових «острівів»,

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

3) внутрішній шар із білкових «острівів».

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

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

3. З будь-якої сторони мембрани (зовнішньої та внутрішньої), а також усередині мембрани можуть розташовуватися білки-ферменти, які впливають і на стан самої мембрани і життя всієї клітини.

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

У медицині мембранні білки найчастіше використовуються як “мішені” для лікарських засобів. Як такі мішені виступають рецептори, іонні канали, ферменти, транспортні системи. Останнім часом, крім мембрани мішенню для лікарських речовин, стають також гени, заховані в клітинному ядрі.

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

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