Яка будова має мембрана клітини, які функції. Основні функції та особливості будови клітинної мембрани

Мембрани біологічні.
Термін "мембрана" (лат. membrana - шкірка, плівка) почали використовувати більше 100 років тому для позначення клітинного кордону, що служить, з одного боку, бар'єром між вмістом клітини та зовнішнім середовищем, а з іншого - напівпроникною перегородкою, через яку можуть проходити вода та деякі речовини. Однак цим функції мембрани не вичерпуються,оскільки біологічні мембрани становлять основу структурної організації клітини.
Будова мембрани. Відповідно до цієї моделі основної мембрани є ліпідний бислой, в якому гідрофобні хвости молекул звернені всередину, а гідрофільні головки назовні. Ліпіди представлені фосфоліпідпмі - похідними гліцерину або сфінгозину. З ліпідним шаром пов'язані білки. Інтегральні (транмембрані) білки пронизують мембрану наскрізь і міцно з нею пов'язані; переферичні не пронизують та пов'язані з мембраною менш міцно. Функції мембранних білків: підтримка структури мембран, отримання та перетворення сигналів з окр. середовища, транспорт деяких речовин, каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах Товщина мембрани становить від 6 до 10 нм.

Властивості мембрани:
1. Плинність. Мембрана не є жорсткою структурою- більша частина білків і ліпідів, що входять до її складу, може переміщатися в площині мембран.
2. Асиметрія. Склад зовнішнього та внутрішнього шарів як білків, так і ліпідів різний. Крім того, плазматичні мембрани тварин клітин зовні мають шар глікопротеїнів (глікоколікс, що виконує сигнальну та рецепторні функції, а також має значення для об'єднання клітин у тканини)
3. Полярність. Зовнішня сторона мембрани несе позитивний заряд, а внутрішня негативний.
4. Виборча проникність. Мембрани живих клітин пропускають, крім води, лише певні молекули та іони розчинених речовин. іони розчинених речовин.)

Зовнішня клітинна мембрана (плазмалема) – ультрамікроскопічна плівка товщиною 7.5нм, що складається з білків, фосфоліпідів та води. Еластична плівка, що добре змочується водою і цілісність, що швидко відновлюється після пошкодження. Має універсальну будову, типову для всіх біологічних мембран. Прикордонне положення цієї мембрани, її участь у процесах виборчої проникності, піноцитоз, фагоцитоз, виведення продуктів виділення та синтез, у взаємозв'язку з сусідніми клітинами та захист клітин від пошкоджень робить її роль виключно важливою. Тварини зовні від мембрани іноді бувають покриті тонким шаром, що складається з полісахаридів і білків, - глікокаліксом. У рослинних клітин зовні від клітинної мембрани знаходиться міцна, що створює зовнішню опору та підтримує форму клітини клітинна стінка. Вона складається з клітковини (целюлози)-нерозчинного у воді полісахариду.

Клітинна мембрана

Зображення клітинної мембрани. Маленькі блакитні та білі кульки відповідають гідрофобним «головкам» фосфоліпідів, а приєднані до них лінії – гідрофільним «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

• 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, підтримання у клітині оптимального та концентрації іонів, які потрібні для роботи клітинних ферментів.
  Частки, з якоїсь причини нездатні 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 градієнтом концентрації 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 вкачує в клітину іони калію (K+) та викачують з 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 у забезпечення механічної функції мають клітинні стінки, а у 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.
• ферментативно-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. 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 клітини 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 своєрідний 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.

Див. також

Література

• Антонов В. Ф., Смирнова О. М., Шевченко О. В.Ліпідні мембрани під час фазових переходів. – М.: Наука, 1994.
• Генніс Р.Біомембрани. Молекулярна структура та функції: переклад з англ. = Біомеmbranes. Molecular structure and function (Роберт Б. Gennis). – 1-е видання. – М.: Світ, 1997. – ISBN 5-03-002419-0
• Іванов Ст Р., Берестовський Т. М.Ліпідний бислой біологічних мембран. – М.: Наука, 1982.
• Рубін А. Б.Біофізика, підручник у 2 тт. - 3-тє видання, виправлене та доповнене. – М.: видавництво Московського університету, 2004. –

Переважна більшість організмів, що мешкають на Землі, складається з клітин, багато в чому схожих за своїм хімічним складом, будовою та життєдіяльністю. У кожній клітині відбувається обмін речовин та перетворення енергії. Розподіл клітин лежить в основі процесів росту та розмноження організмів. Таким чином, клітина являє собою одиницю будови, розвитку та розмноження організмів.

Клітина може існувати лише як цілісна система, неподільна на частини. Цілісність клітин забезпечують біологічні мембрани. Клітина – елемент системи вищого рангу – організму. Частини та органоїди клітини, що складаються зі складних молекул, є цілісними системами нижчого рангу.

Клітина - відкрита система, пов'язана з довкіллям обміном речовин та енергії. Це функціональна система, у якій кожна молекула виконує певні функції. Клітина має стійкість, здатність до саморегуляції і самовідтворення.

Клітина – самоврядна система. Керуюча генетична система клітини представлена ​​складними макромолекулами - нуклеїновими кислотами (ДНК і РНК).

У 1838-1839 pp. німецькі біологи М. Шлейден і Т. Шванн узагальнили знання про клітину і сформулювали основне положення клітинної теорії, сутність якої полягає в тому, що всі організми, як рослинні, так і тварини, складаються з клітин.

У 1859 р. Р. Вірхов описав процес поділу клітини і сформулював одне з найважливіших положень клітинної теорії: "Кожна клітина походить з іншої клітини". Нові клітини утворюються в результаті поділу материнської клітини, а не з неклітинної речовини, як це вважалося раніше.

Відкриття російським ученим К. Бером в 1826 р. яйцеклітин ссавців привело до висновку, що клітина лежить в основі розвитку багатоклітинних організмів.

Сучасна клітинна теорія включає такі положення:

1) клітина - одиниця будови та розвитку всіх організмів;

2) клітини організмів різних царств живої природи подібні за будовою, хімічним складом, обміном речовин, основним проявам життєдіяльності;

3) нові клітини утворюються в результаті розподілу материнської клітини;

4) у багатоклітинному організмі клітини утворюють тканини;

5) із тканин складаються органи.

З введенням у біологію сучасних біологічних, фізичних та хімічних методів дослідження стало можливим вивчити структуру та функціонування різних компонентів клітини. Один із методів вивчення клітини - мікроскопування. Сучасний світловий мікроскоп збільшує об'єкти в 3000 разів і дозволяє побачити найбільші органоїди клітини, спостерігати рух цитоплазми, поділ клітини.

Винайдений у 40-ті роки. XX ст. електронний мікроскоп дає збільшення в десятки та сотні тисяч разів. В електронному мікроскопі замість світла використовується потік електронів, а замість лінз – електромагнітні поля. Тому електронний мікроскоп дає чітке зображення за значно більших збільшеннях. З допомогою такого мікроскопа вдалося вивчити будову органоїдів клітини.

Будова та склад органоїдів клітини вивчають за допомогою методу центрифугування. Подрібнені тканини із зруйнованими клітинними оболонками поміщають у пробірки та обертають у центрифузі з великою швидкістю. Метод заснований на тому, що різні клітинні органи мають різну масу і щільність. Більш щільні органоїди осідають у пробірці при низьких швидкостях центрифугування, менш щільні – при високих. Ці верстви вивчають окремо.

Широко використовують метод культури клітин та тканин, який полягає в тому, що з однієї або декількох клітин на спеціальному поживному середовищі можна отримати групу однотипних тварин або рослинних клітин і навіть виростити цілу рослину. За допомогою цього методу можна отримати відповідь на питання, як з однієї клітини утворюються різноманітні тканини та органи організму.

Основні положення клітинної теорії були вперше сформульовані М. Шлейден і Т. Шван. Клітина - одиниця будови, життєдіяльності, розмноження та розвитку всіх живих організмів. Для вивчення клітин використовують методи мікроскопування, центрифугування, культури клітин і тканин та ін.

Клітини грибів, рослин і тварин мають багато спільного у хімічному складі, а й у будові. При розгляді клітини під мікроскопом у ній видно різні структури - органоїди. Кожен органоїд виконує певні функції. У клітині розрізняють три основні частини: плазматичну мембрану, ядро ​​та цитоплазму (рис 1).

Плазматична мембранавідокремлює клітину та її вміст від навколишнього середовища. На малюнку 2 ви бачите: мембрана утворена двома шарами ліпідів, а білкові молекули пронизують товщу мембрани.

Основна функція плазматичної мембрани транспортна. Вона забезпечує надходження поживних речовин у клітину та виведення з неї продуктів обміну.

Важлива властивість мембрани - виборча проникність, або напівпроникність, дозволяє клітині взаємодіяти з навколишнім середовищем: у неї надходять і виводяться з неї лише певні речовини. Дрібні молекули води та деяких інших речовин проникають у клітину шляхом дифузії, частково через пори у мембрані.

У цитоплазмі, клітинному соку вакуолей рослинної клітини, розчинені цукри, органічні кислоти, солі. Причому їх концентрація у клітині значно вища, ніж у навколишньому середовищі. Чим більша концентрація цих речовин у клітині, тим більше вона поглинає води. Відомо, що вода постійно витрачається клітиною, завдяки чому концентрація клітинного соку збільшується і вода знову надходить у клітину.

Надходження більших молекул (глюкози, амінокислот) в клітину забезпечують транспортні білки мембрани, які, з'єднуючись з молекулами речовин, що транспортуються, переносять їх через мембрану. У цьому процесі беруть участь ферменти, що розщеплюють АТФ.

Малюнок 1. Узагальнена схема будови еукаріотичної клітини.
(Для збільшення зображення натисніть на малюнок)

Малюнок 2. Будова плазматичної мембрани.
1 - білки, що пронизують, 2 - занурені білки, 3 - зовнішні білки

Малюнок 3. Схема піноцитозу та фагоцитозу.

Ще більші молекули білків і полісахаридів проникають у клітину шляхом фагоцитозу (від грец. фагос- пожираючий та кітос- судина, клітина), а краплі рідини – шляхом піноцитозу (від грец. піно- п'ю та кітос) (рис 3).

Клітини тварин, на відміну від клітин рослин, оточені м'якою та гнучкою "шубою", утвореною переважно молекулами полісахаридів, які, приєднуючись до деяких білків та ліпідів мембрани, оточують клітину зовні. Склад полісахаридів специфічний для різних тканин, завдяки чому клітини "дізнаються" один одного і з'єднуються між собою.

У клітин рослин такої "шуби" немає. У них над плазматичною мембраною знаходиться пронизана порами клітинна оболонка, що складається переважно із целюлози. Через пори з клітини в клітину тягнуться нитки цитоплазми, що з'єднують між собою клітини. Так здійснюється зв'язок між клітинами та досягається цілісність організму.

Клітинна оболонка рослин грає роль міцного скелета і захищає клітину від ушкодження.

Клітинна оболонка є у більшості бактерій та у всіх грибів, тільки хімічний склад її інший. У грибів вона складається з хітиноподібної речовини.

Клітини грибів, рослин та тварин мають подібну будову. У клітині розрізняють три основні частини: ядро, цитоплазму та плазматичну мембрану. Плазматична мембрана складається з ліпідів та білків. Вона забезпечує надходження речовин у клітину та виділення їх із клітини. У клітинах рослин, грибів та більшості бактерій над плазматичною мембраною є клітинна оболонка. Вона виконує захисну функцію та відіграє роль скелета. У рослин клітинна оболонка складається з целюлози, а у грибів із хітиноподібної речовини. Клітини тварин покриті полісахаридами, що забезпечують контакти між клітинами однієї тканини.

Вам відомо, що основну частину клітини становить цитоплазма. До її складу входять вода, амінокислоти, білки, вуглеводи, АТФ, іони неорганічних речовин. У цитоплазмі розташовані ядро ​​та органоїди клітини. У ній речовини переміщаються з однієї частини клітини до іншої. Цитоплазма забезпечує взаємодію всіх органоїдів. Тут протікають хімічні реакції.

Вся цитоплазма пронизана тонкими білковими мікротрубочками, що утворюють цитоскелет клітинизавдяки якому вона зберігає постійну форму. Цитоскелет клітини гнучкий, так як мікротрубочки здатні змінювати своє положення, переміщатися з одного кінця і коротшати з іншого. У клітину надходять різні речовини. Що ж відбувається з ними у клітці?

У лізосомах – дрібних округлих мембранних бульбашках (див. рис. 1) молекули складних органічних речовин за допомогою гідролітичних ферментів розщеплюються на простіші молекули. Наприклад, білки розщеплюються на амінокислоти, полісахариди – на моносахариди, жири – на гліцирин та жирні кислоти. За цю функцію лізосоми часто називають "травними станціями" клітини.

Якщо зруйнувати мембрану лізосом, то ферменти, що містяться в них, можуть перетравити і саму клітину. Тому іноді лізосоми називають " знаряддями вбивства клітини " .

Ферментативне окислення дрібних молекул амінокислот, моносахаридів, жирних кислот і спиртів, що утворилися в лізосомах, до вугілля кислого газу і води починається в цитоплазмі і закінчується в інших органоїдах. мітохондріях. Мітохондрії – паличкоподібні, ниткоподібні або кулясті органоїди, відмежовані від цитоплазми двома мембранами (рис. 4). Зовнішня мембрана гладка, а внутрішня утворює складки. кристиякі збільшують її поверхню. На внутрішній мембрані і розміщуються ферменти, що у реакціях окислення органічних речовин до вуглекислого газу та води. При цьому звільняється енергія, що запасається клітиною у молекулах АТФ. Тому мітохондрії називають "силовими станціями" клітини.

У клітині органічні речовини як окислюються, а й синтезуються. Синтез ліпідів та вуглеводів здійснюється на ендоплазматичній мережі – ЕПС (рис. 5), а білків – на рибосомах. Що таке ЕПС? Це система канальців та цистерн, стінки яких утворені мембраною. Вони пронизують усю цитоплазму. По каналах ЕПС речовини переміщуються різні частини клітини.

Існує гладка та шорстка ЕПС. На поверхні гладкої ЕПС за участю ферментів синтезуються вуглеводи та ліпіди. Шорсткість ЕПС надають розташовані на ній дрібні округлі тільця. рибосоми(див. рис. 1), які беруть участь у синтезі білків.

Синтез органічних речовин відбувається і в пластидахякі містяться тільки в клітинах рослин.

Рис. 4. Схема будови мітохондрії.
1.- зовнішня мембрана; 2. - внутрішня мембрана; 3.- складки внутрішньої мембрани – кристи.

Рис. 5. Схема будови шорсткої ЕПС.

Рис. 6. Схема будови хлоропласту.
1. - зовнішня мембрана; 2. - внутрішня мембрана; 3.- внутрішній вміст хлоропласту; 4.- складки внутрішньої мембрани, зібрані в "стопки" і утворюють грани.

У безбарвних пластидах лейкопластах(Від грец. леукос- білий та пластос- Створений) накопичується крохмаль. Дуже багаті на лейкопласти бульби картоплі. Жовте, помаранчеве, червоне забарвлення плодам і квіткам надають хромопласти(Від грец. хрому- колір та пластос). У них синтезуються пігменти, що беруть участь у фотосинтезі, - каротиноїди. У житті рослин особливо велике значення хлоропластів(Від грец. хлорос- зелений і пластос) – зелених пластид. На малюнку 6 ви бачите, що хлоропласти покриті двома мембранами: зовнішньою та внутрішньою. Внутрішня мембрана утворює складки; між складками знаходяться бульбашки, покладені в стопки, - грани. У гранах є молекули хлорофілу, які беруть участь у фотосинтезі. У кожному хлоропласті близько 50 гран, розташованих у шаховому порядку. Таке розташування забезпечує максимальне освітлення кожної грани.

У цитоплазмі білки, ліпіди, вуглеводи можуть накопичуватися як зерен, кристалів, крапельок. Ці включення- запасні поживні речовини, які витрачаються клітиною за необхідності.

У клітинах рослин частина запасних поживних речовин, а також продукти розпаду накопичуються у клітинному соку вакуолей (див. рис. 1). На частку може припадати до 90% обсягу рослинної клітини. Тварини мають тимчасові вакуолі, що займають не більше 5% їх обсягу.

Рис. 7. Схема будови комплексу Гольджі.

На малюнку 7 ви бачите систему порожнин, оточених мембраною. Це комплекс Гольджі, який виконує у клітині різноманітні функції: бере участь у накопиченні та транспортуванні речовин, виведенні їх із клітини, формуванні лізосом, клітинної оболонки. Наприклад, у порожнини комплексу Гольджі надходять молекули целюлози, які за допомогою бульбашок переміщуються на поверхню клітини та включаються до клітинної оболонки.

Більшість клітин розмножується шляхом розподілу. У цьому процесі бере участь клітинний центр. Він складається із двох центріолей, оточених ущільненою цитоплазмою (див. рис. 1). На початку поділу центріолі розходяться до полюсів клітини. Від них розходяться білкові нитки, які з'єднуються з хромосомами та забезпечують їх рівномірний розподіл між двома дочірніми клітинами.

Усі органоїди клітини тісно пов'язані між собою. Наприклад, у рибосомах синтезуються молекули білків, каналами ЕПС вони транспортуються до різних частин клітини, а лізосомах білки руйнуються. Знову синтезовані молекули використовуються на побудову структур клітини або накопичуються в цитоплазмі та вакуолях як запасні поживні речовини.

Клітина заповнена цитоплазмою. У цитоплазмі розташовуються ядро ​​та різноманітні органоїди: лізосоми, мітохондрії, пластиди, вакуолі, ЕПС, клітинний центр, комплекс Гольджі. Вони різняться за своєю будовою та функціями. Усі органоїди цитоплазми взаємодіють між собою, забезпечуючи нормальне функціонування клітини.

Таблиця 1. БУДОВА КЛІТИНИ

Найважливіша роль життєдіяльності і розподілі клітин грибів, рослин і тварин належить ядру і які у ньому хромосомам. Більшість клітин цих організмів має одне ядро, але є багатоядерні клітини, наприклад м'язові. Ядро розташоване в цитоплазмі та має округлу або овальну форму. Воно вкрите оболонкою, що складається із двох мембран. Ядерна оболонка має пори, якими відбувається обмін речовин між ядром і цитоплазмою. Ядро заповнене ядерним соком, у якому розташовані ядерця і хромосоми.

Ядрішки- це "майстерні з виробництва" рибосом, які формуються з рибосомних РНК, що утворюються в ядрі, і синтезованих в цитоплазмі білків.

Головна функція ядра - зберігання та передача спадкової інформації - пов'язана з хромосомами. Кожен вид організму має свій набір хромосом: певне їх число, форму та розміри.

Усі клітини тіла, крім статевих, називаються соматичними(Від грец. сома- Тіло). Клітини одного виду містять однаковий набір хромосом. Наприклад, у людини в кожній клітині тіла міститься 46 хромосом, у плодової мухи дрозофіли – 8 хромосом.

Соматичні клітини, як правило, мають подвійний набір хромосом. Він називається диплоїднимі позначається 2 n. Так, у людини 23 пари хромосом, тобто 2 n= 46. У статевих клітинах міститься вдвічі менше хромосом. Це одинарний, або гаплоїдний, набір. Людина 1 n = 23.

Усі хромосоми у соматичних клітинах, на відміну хромосом у статевих клітинах, парні. Хромосоми, що становлять одну пару, ідентичні один одному. Парні хромосоми називають гомологічними. Хромосоми, які відносяться до різних пар і розрізняються за формою та розмірами, називають негомологічні(Рис. 8).

У деяких видів число хромосом може збігатися. Наприклад, у конюшини червоної та гороху посівної. n= 14. Однак хромосоми у них розрізняються за формою, розмірами, нуклеотидним складом молекул ДНК.

Рис. 8. Набір хромосом у клітинах дрозофіли.

Рис. 9. Будова хромосоми.

Щоб зрозуміти роль хромосом у передачі спадкової інформації, необхідно познайомитися з їх будовою та хімічним складом.

Хромосоми клітини, що не ділиться, мають вигляд довгих тонких ниток. Кожна хромосома перед розподілом клітини складається з двох однакових ниток. хроматид, які з'єднуються між ластами перетяжки - (рис. 9).

Хромосоми складаються з ДНК та білків. Оскільки нуклеотидний склад ДНК відрізняється у різних видів, склад хромосом є унікальним для кожного виду.

Кожна клітина, крім бактеріальної, має ядро, в якому знаходяться ядерця та хромосоми. Для кожного виду характерний певний набір хромосом: число, форма та розміри. У соматичних клітинах більшості організмів набір хромосом диплоїдний, у статевих – гаплоїдний. Парні хромосоми називають гомологічними. Хромосоми складаються з ДНК та білків. Молекули ДНК забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації від клітини до клітини та від організму до організму.

Пропрацювавши ці теми, Ви повинні вміти:

1. Розповісти, у яких випадках слід застосовувати світловий мікроскоп (будову), трансмісійний електронний мікроскоп.
2. Описати структуру клітинної мембрани та пояснити зв'язок між структурою мембрани та її здатністю здійснювати обмін речовинами між клітиною та середовищем.
3. Дати визначення процесам: дифузія, полегшена дифузія, активний транспорт, ендоцитоз, екзоцитоз та осмос. Вказати різницю між цими процесами.
4. Назвати функції структур та вказати, в яких клітинах (рослинних, тваринних або прокаріотичних) вони знаходяться: ядро, ядерна мембрана, нуклеоплазма, хромосоми, плазматична мембрана, рибосома, мітохондрія, клітинна стінка, хлоропласт, вакуоль, лізосома, ендоплазматична та шорстка (гранулярна), клітинний центр, апарат Гольджі, війка, джгутик, мезосома, пили або фімбрії.
5. Назвати щонайменше трьох ознак, якими можна відрізнити рослинну клітину від тваринної.
6. Перелічити найважливіші відмінності між прокаріотичною та еукаріотичною клітиною.

Іванова Т.В., Калінова Г.С., М'ягкова О.М. "Спільна біологія". Москва, "Освіта", 2000

• Тема 1. "Плазматична мембрана." §1, §8 стор. 5;20
• Тема 2. "Клітка." §8-10 стор. 20-30
• Тема 3. "Прокаріотична клітина. Віруси." §11 стор. 31-34

Клітина- це як рідина, ферменти та інші речовини, а й високоорганізовані структури, звані внутрішньоклітинними органелами. Органели для клітини не менш важливі за її хімічні складові. Так, за відсутності таких органел, як мітохондрії, запас енергії, витягнутої з поживних речовин, одразу зменшиться на 95%.

Більшість органел у клітці покриті мембранами, що складаються в основному з ліпідів та білків. Розрізняють мембрани клітин, ендоплазматичного ретикулуму, мітохондрій, лізосом, апарату Гольджі.

Ліпідинерозчинні у воді, тому в клітині вони створюють бар'єр, що перешкоджає руху води та водорозчинних речовин з одного компартменту до іншого. Молекули білка, проте, роблять мембрану проникною різних речовин з допомогою спеціалізованих структур, званих порами. Багато інших мембранних білків є ферментами, що каталізують численні хімічні реакції, які будуть розглянуті в наступних розділах.

Клітинна (або плазматична) мембранає тонкою, гнучкою і еластичною структурою товщиною всього 7,5-10 нм. Вона складається в основному з білків та ліпідів. Приблизне співвідношення її компонентів таке: білки – 55%, фосфоліпіди – 25%, холестерол – 13%, інші ліпіди – 4%, вуглеводи – 3%.

Ліпідний шар клітинної мембраниперешкоджає проникненню води. Основу мембрани становить ліпідний бішар - тонка ліпідна плівка, що складається з двох моношарів і повністю покриває клітину. По всій мембрані розташовуються білки як великих глобул.

Ліпідний бислойскладається головним чином молекул фосфоліпідів. Один кінець такої молекули є гідрофільним, тобто. розчинним у воді (у ньому розташована фосфатна група), інший - гидрофобным, тобто. розчинним лише у жирах (на ньому знаходиться жирна кислота).

Завдяки тому, що гідрофобна частина молекули фосфоліпідувідштовхує воду, але притягується до подібних частин таких молекул, фосфоліпіди мають природну властивість прикріплюватися один до одного в товщі мембрани, як показано на рис. 2-3. Гідрофільна частина з фосфатною групою утворює дві мембранні поверхні: зовнішню, яка контактує із позаклітинною рідиною, та внутрішню, яка контактує із внутрішньоклітинною рідиною.

Середина ліпідного шарунепроникна для іонів та водних розчинів глюкози та сечовини. Жиророзчинні речовини, включаючи кисень, вуглекислий газ, алкоголь, навпаки, легко проникають через область мембрани.

Молекулихолестеролу, що входить до складу мембрани, за природою також відносяться до ліпідів, оскільки їх стероїдна угруповання має високу розчинність у жирах. Ці молекули розчинені в ліпідному бішарі. Їхнє головне призначення - регуляція проникності (або непроникності) мембран для водорозчинних компонентів рідких середовищ організму. Крім того, холестерол – основний регулятор в'язкості мембрани.

Білки клітинних мембран. На малюнку в ліпідному бісла видно глобулярні частинки - це мембранні білки, більшість яких є глікопротеїнами. Розрізняють два типи мембранних білків: (1) інтегральні, які пронизують мембрану наскрізь; (2) периферичні, які виступають лише над однією її поверхнею, не досягаючи іншою.

Багато інтегральних білківформують канали (або пори), через які у внутрішньо-і позаклітинну рідину можуть дифундувати вода та водорозчинні речовини, особливо іони. Завдяки вибірковості дії каналів одні речовини дифундують краще за інші.

Інші інтегральні білкифункціонують як білки-переносники, здійснюючи транспорт речовин, для яких ліпідний бислой непроникний. Іноді білки-переносники діють у протилежному напрямку дифузії, такий транспорт називають активним. Деякі інтегральні білки є ферментами.

Інтегральні білки мембраниможуть служити рецепторами для водорозчинних речовин, включаючи пептидні гормони, оскільки мембрана для них непроникна. Взаємодія білка-рецептора з певним лігандом призводить до конформаційних змін молекули білка, що, своєю чергою, стимулює ферментативну активність внутрішньоклітинного сегмента білкової молекули або передачу сигналу від рецептора всередину клітини за допомогою вторинного посередника. Таким чином, інтегральні білки, вбудовані в клітинну мембрану, залучають її в процес передачі інформації про довкілля всередину клітини.

Молекули периферичних мембранних білківчасто бувають пов'язані з інтегральними білками. Більшість периферичних білків є ферментами чи відіграють роль диспетчера транспорту речовин через мембранні пори.

Клітинна мембрана (Також цитолема, плазмалема, або плазматична мембрана) - еластична молекулярна структура, що складається з білків і ліпідів. Відокремлює вміст будь-якої клітини від довкілля, забезпечуючи її цілісність; регулює обмін між клітиною та середовищем; внутрішньоклітинні мембрани поділяють клітину на спеціалізовані замкнуті відсіки - компартменти чи органели, у яких підтримуються певні умови середовища.

Якщо така клітина є (зазвичай є в рослинних клітин), покриває клітинну мембрану.

Клітинна мембрана являє собою подвійний шар (бішар) молекул класу ліпідів, більшість з яких є так званими складними ліпідами. фосфоліпіди. Молекули ліпідів мають гідрофільну («головка») та гідрофобну («хвіст») частини. При утворенні мембран гідрофобні ділянки молекул виявляються зверненими всередину, а гідрофільні - назовні. Біологічна мембрана включає різні білки:

• інтегральні (що 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 та клітинною стінкою зовні.

Функції мембран:

• Бар'єрна - забезпечує регульований, вибірковий, пасивний та активний обмін речовин із навколишнім середовищем.
• 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, підтримання в клітині оптимального pH та концентрації іонів, які потрібні для клітинних ферментів.
• Матрична – забезпечує певне взаєморозташування та орієнтацію мембранних білків, їх оптимальну взаємодію.
• Механічна - забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, і навіть з'єднання коїться з іншими клітинами (у тканинах). Велику роль забезпеченні механічної функції мають клітинні стінки.
• Енергетична – при фотосинтезі у хлоропластах та клітинному диханні у мітохондріях у їх мембранах діють системи перенесення енергії, у яких також беруть участь білки.

Мембрани складаються з ліпідів трьох класів:

• фосфоліпіди,
• гліколіпіди,
• холестерол.

Фосфоліпіди та гліколіпіди(ліпіди з приєднаними до них вуглеводами) складаються з двох довгих гідрофобних вуглеводневих "хвостів", які пов'язані із зарядженою гідрофільною "головою".

Холестеролнадає 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 крихкі. Також холестерол служить «стопором», що перешкоджає переміщенню полярних молекул з клітини та клітину.

Важливу частину мембрани становлять білки,пронизливі її й відповідальні різноманітні властивості мембран. Їх склад та орієнтація у різних мембранах різняться. Поруч із білками знаходяться анулярні ліпіди - вони більш упорядковані, менш рухливі, мають у складі більш насичені жирні кислоти та виділяються з мембрани разом із білком. Без аннулярних ліпідів мембрани білки не працюють.

Клітинні мембрани часто асиметричні,тобто шари відрізняються за складом ліпідів, у зовнішньому містяться переважно фосфатидилінозитол, фосфатидилхолін, сфінгомієліни і гліколіпіди, у внутрішньому - фосфатидилсерін, фосфатидилетаноламін і фосфатидилінозитол. Перехід окремої молекули з одного шару в інший (так званий фліп-флоп) утруднений, але може відбуватися спонтанно приблизно раз на 6 місяців або за допомогою білків-фліппаз і скрамблазиплазматичної мембрани. Якщо у зовнішньому шарі з'являється фосфатидилсерин, це є сигналом макрофагів про необхідність знищення клітини.

Мембранні органели– це замкнені одиночні або пов'язані одна з одною ділянки цитоплазми, відокремлені від гіалоплазми мембранами. До одномембранних органелл відносяться ендоплазматична мережа, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі, пероксисоми; до двомембранних – ядро, мітохондрії, пластиди. Будова мембран різних органел відрізняється за складом ліпідів та мембранних білків.

Клітинні мембрани мають виборчою проникністю: 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 із клітини 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 своєрідний 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.