Структура клітин клітинної мембрани. Зовнішня клітинна мембрана

Природа створила безліч організмів і клітин, але, незважаючи на це, будова та більша частинафункцій біологічних мембраноднакові, що дозволяє розглядати їх структуру та вивчати їх ключові властивості без прихильності до конкретному видуклітин.

Що таке мембрана?

Мембрани – це захисний елемент, який є невід'ємною складовою клітини будь-якого живого організму.

Структурною та функціональною одиницею всіх живих організмів на планеті є клітина. Життєдіяльність її нерозривно пов'язана з довкіллям, з яким вона обмінюється енергією, інформацією, речовиною. Так, поживна енергія, необхідна для функціонування клітини, надходить ззовні і витрачається здійснення нею різних функцій.

Структура найпростішої одиниці будови живого організму: мембрана органели, різноманітні включення. Вона оточена мембраною, всередині якої розташовується ядро ​​та всі органели. Це мітохондрії, лізосоми, рибосоми, ендоплазматичний ретикулум. Кожен структурний елементмає власну мембрану.

Роль у життєдіяльності клітини

Біологічна мембрана відіграє кульмінаційну роль у будові та функціонуванні елементарної живої системи. Тільки клітина, оточена захисною оболонкою, може називатися організмом. Такий процес, як обмін речовин також здійснюється завдяки наявності мембрани. Якщо структурну цілісність її порушено, це призводить до зміни функціонального стануорганізму загалом.

Клітинна мембрана та її функції

Вона відокремлює цитоплазму клітини від зовнішнього середовищачи від оболонки. Мембрана клітини забезпечує належне виконання специфічних функцій, специфіку міжклітинних контактів та імунних проявів, що підтримує трансмембранну різницю електричного потенціалу. У ній є рецептори, здатні сприймати хімічні сигнали - гормони, медіатори та інші активні біологічні компоненти. Ці рецептори наділяють її ще однією здатністю – змінювати метаболічну активність клітини.

Функції мембрани:

1. Активне перенесення речовин.

2. Пасивне перенесення речовин:

2.1. Дифузія проста.

2.2. Перенесення через пори.

2.3. Транспорт, що здійснюється за рахунок дифузії переносника разом з мембранною речовиною або за допомогою передачі по естафеті речовини молекулярного ланцюгапереносника.

3. Перенесення неелектролітів завдяки простій та полегшеній дифузії.

Будова мембрани клітини

Складові мембрани клітини - ліпіди та білки.

Ліпіди: фосфоліпіди, фосфатидилетаноламін, сфінгомієлін, фосфатидилінозит і фосфатиділсерін, гліколіпіди. Частка ліпідів становить 40-90%.

Білки: периферичні, інтегральні (глікопротеїни), спектрин, актин, цитоскелет.

Основний структурний елемент – подвійний шар фосфоліпідних молекул.

Покрівельна мембрана: визначення та типологія

Небагато статистики. На території Російської Федераціїмембрана як покрівельний матеріал використовується не так вже й давно. Питома вага мембранних покрівель з загальної кількостім'яких перекриттів дахів становить лише 1,5 %. Більше широке розповсюдженняв Росії отримали бітумні та мастичні покрівлі. А ось у Західної Європичастку мембранних покрівель доводиться 87 %. Різниця відчутна.

Як правило, мембрана в ролі основного матеріалу при перекритті даху ідеально підходить для плоских покрівель. Для тих, хто має великий ухил, вона підходить меншою мірою.

Обсяги виробництва та реалізації мембранних покрівель на вітчизняному ринку мають позитивну тенденцію до зростання. Чому? Причини більш ніж зрозумілі:

• Термін експлуатації складає близько 60 років. Уявіть собі лише гарантійний термін використання, який встановлюється виробником, досягає 20 років.
• Легкість у монтажі. Для порівняння: монтаж бітумної покрівлі займає в 1,5 рази більше часу, ніж монтаж мембранного перекриття.
• Простота в обслуговуванні та проведенні ремонтних робіт.

Товщина покрівельних мембран може становити 0,8-2 мм, а середній показникваги одного квадратного метра дорівнює 1,3 кг.

Властивості покрівельних мембран:

• еластичність;
• міцність;
• стійкість до дії ультрафіолетових променівта інших середовищ-агресорів;
• морозостійкість;
• вогнетривкість.

Мембрана покрівельна буває трьох типів. Головний класифікаційний ознака - вид полімерного матеріалу, що становить основу полотна. Отже, покрівельні мембрани бувають:

• належать групі ЕПДМ, виготовлені на основі полімеризованого етилен-пропілен-дієн-мономера, а простіше кажучи, Переваги: ​​висока міцність, еластичність, водонепроникність, екологічність, низька вартість. Недоліки: клейова технологія з'єднання полотен за допомогою спеціальної стрічки, низькі показники міцності з'єднань. Сфера застосування: використовується як гідроізоляційний матеріал для тунельних перекриттів, водних джерел, сховищ відходів, штучних та природних водойм і т.д.
• ПВХ-мембрани. Це оболонки, при виробництві яких як основний матеріал використовується полівінілхлорид. Переваги: ​​стійкість до ультрафіолету, вогнетривкість, велика кольорова гама мембранних полотен. Недоліки: низькі показники стійкості до бітумних матеріалів, олій, розчинників; виділяє в атмосферу шкідливі речовини; колір полотна з часом тьмяніє.
• ТПО. Виготовляються із термопластичних олефінів. Можуть бути армованими та неармованими. Перші оснащуються сіткою із поліестеру або скловолоконною тканиною. Переваги: ​​екологічність, довговічність, висока еластичність, температуростійкість (як при високих, так і при низьких температурах), зварні з'єднання швів полотен. Недоліки: висока цінова категорія, відсутність виробників вітчизняному ринку.

Мембрана профільована: характеристика, функції та переваги

Профільовані мембрани – це інновація на будівельному ринку. Така мембрана експлуатується як гідроізоляційний матеріал.

Речовина, що використовується при виготовленні - поліетилен. Останній буває двох типів: поліетилен високого тиску (ПВД) та поліетилен низького тиску(ПНД).

Профільована мембрана з поліетилену високого тиску має особливу поверхню - пустотілі пухирці. Висота цих утворень може коливатися від 7 до 20 мм. Внутрішня поверхнямембрана рівна. Це дає можливість безпроблемного згинання будматеріалу.

Зміна форми окремих ділянок мембрани виключена, оскільки тиск по всій її площі розподіляється рівномірно завдяки наявності тих самих виступів. Геомембрана може використовуватися як вентиляційна ізоляція. У такому разі забезпечується вільний тепловий обмін усередині будівлі.

Переваги профільованих мембран:

• підвищена міцність;
• теплостійкість;
• стійкість хімічного та біологічного впливу;
• тривалий термін експлуатації (понад 50 років);
• простота в установці та обслуговуванні;
• доступна вартість.

Профільовані мембрани бувають трьох видів:

• з одношаровим полотном;
• із двошаровим полотном = геотекстиль + дренажна мембрана;
• з тришаровим полотном = слизька поверхня+ Геотекстиль + Дренажна мембрана.

Одношарова профільована мембрана застосовується для захисту основної гідроізоляції, монтажу та демонтажу підготовки бетоном стін із підвищеною вологістю. Двошарову захисну використовують під час оснащення Складається з трьох шарів застосовують на ґрунті, який піддається морозним пученням, і ґрунтовому ґрунту, що знаходиться глибоко.

Сфери використання дренажних мембран

Профільована мембрана знаходить своє застосування у таких областях:

1. Основна гідроізоляція фундаменту. Забезпечує надійний захист від руйнівного впливу ґрунтових вод, кореневих систем рослин, осідання ґрунту, пошкоджень механічного типу.
2. Стіновий дренаж фундаменту. Нейтралізує вплив грунтових вод, атмосферних опадів у вигляді переправлення в дренажні системи.
3. Горизонтальний тип - захист від деформації завдяки структурним особливостям.
4. Аналог підготовки бетону. Експлуатується у разі проведення будівельних робітпо зведенню будівель у зоні низького залягання ґрунтових вод, у тих випадках, коли використовується горизонтальна гідроізоляція з метою захисту від капілярної вологи. Також функції мембрани профільованої входить непропускання цементного молока в грунт.
5. Вентиляція стінових поверхонь підвищеного рівнявологості. Може встановлюватися як на внутрішній, так і на зовнішній стороніприміщення. У першому випадку активізується повітряна циркуляція, а в другому забезпечується оптимальна вологість та температура.
6. Інверсійна покрівля, що використовується.

Супердифузійна мембрана

Мембрана супердифузійна є матеріалом нового покоління, головним призначенням якого є захист елементів покрівельної конструкції від вітрових явищ, опадів, пари.

Виробництво захисного матеріалу ґрунтується на використанні нетканих речовин, щільних волокон. високої якості. На вітчизняному ринку популярна тришарова та чотиришарова мембрана. Відгуки фахівців та споживачів підтверджують, що чим більше шарівлежить в основі конструкції, тим сильніше її захисні функції, а значить, і вища енергоефективність приміщення загалом.

Залежно від типу даху, особливостей його конструкції, кліматичних умов, виробники рекомендують надавати перевагу тому чи іншому виду дифузійних мембран. Так, існують вони для складних скатних покрівель і простих конструкційдля дахів скатного типу з мінімальним ухилом, для покрівель з фальцевим покриттям і т.д.

Супердифузійна мембрана укладається безпосередньо на теплоізоляційний шар, настил із дощок. Необхідності у вентиляційному зазорі немає. Кріпиться матеріал спеціальними скобами або залізними цвяхами. Краї дифузійних листів з'єднуються роботи дозволяється проводити навіть за екстремальних умов: при сильних поривах вітру і т.д.

Крім того, що розглядається покриття може використовуватися як тимчасове перекриття даху.

ПВХ-мембрани: сутність та призначення

ПФХ-мембрани - це матеріал для покрівлі, що виготовляється з полівінілхлориду і має еластичні властивості. Такий сучасний покрівельний матеріал витіснив бітумні рулонні аналоги, що мають суттєвий недолік - необхідність систематичного обслуговування та ремонту. На сьогоднішній день характерні особливостіПВХ-мембран дозволяють використовувати їх під час проведення ремонтних робіт на старих покрівлях. плоского типу. Застосовуються вони при монтажі нових дахів.

Покрівля з такого матеріалу зручна в експлуатації, а її встановлення можливе на будь-які типи поверхонь, у будь-яку пору року та за будь-яких погодних умов. ПВХ-мембрана має такі властивості:

• міцність;
• стійкість при впливі УФ-променів, різного родуатмосферних опадів, точкових та поверхневих навантажень.

Саме завдяки своїм унікальним властивостямПВХ-мембрани будуть служити вам вірою та правдою протягом багатьох років. Термін використання такої покрівлі прирівнюється до терміну експлуатації самої будівлі, тоді як рулонні покрівельні матеріали потребують регулярного ремонту, а в деяких випадках взагалі демонтажу та встановлення нового перекриття.

Між собою мембранні полотна з ПВХ з'єднуються методом зварювання гарячим зітханням, температура якого знаходиться в межах 400-600 градусів за Цельсієм. Така сполука є абсолютно герметичною.

Переваги ПВХ-мембран

Переваги їх очевидні:

• гнучкість покрівельної системи, що максимально відповідає будівельному проекту;
• міцний, з герметичними властивостями з'єднувальний шов між мембранними полотнами;
• ідеальна переносимість зміни клімату, погодних умов, температури, вологості;
• підвищена паропроникність, яка сприяє випару вологи, що накопичилася в підпокрівельному просторі;
• безліч варіантів колірних рішень;
• протипожежні властивості;
• здатність довготривалий періодзберігати початкові властивості та зовнішній вигляд;
• ПВХ-мембрана – абсолютно екологічний матеріал, що підтверджується відповідними сертифікатами;
• процес монтажу механізований, тому не триватиме багато часу;
• правила експлуатації допускають встановлення різних архітектурних доповнень безпосередньо зверху мембранної ПВХ-покрівлі;
• одношарове укладання заощадить ваші гроші;
• простота в обслуговуванні та ремонті.

Мембранна тканина

Текстильної промисловості мембранна тканина відома давно. З такого матеріалу виготовляється взуття та одяг: дорослий та дитячий. Мембрана - основа мембранної тканини, представлена ​​у вигляді тонкої полімерної плівки і має такі характеристики, як водонепроникність і паропроникність. Для виробництва даного матеріалуцю плівку покривають зовнішнім та внутрішнім захисними шарами. Будова їх визначає сама мембрана. Робиться це з метою збереження всіх корисних властивостейнавіть у разі ушкодження. Іншими словами, мембранний одяг не промокає при впливі опадів у вигляді снігу або дощу, але в той же час добре пропускає пару від тіла до зовнішнього середовища. Така пропускна здатність дозволяє дихати шкірі.

Враховуючи все вищесказане, можна зробити висновок про те, що з подібної тканини виготовляється ідеальний зимовий одяг. Мембрана, що знаходиться в основі тканини, може бути:

• з порами;
• без пір;
• комбінована.

У складі мембран, що мають безліч мікропор, числиться тефлон. Розміри таких пір не досягають габаритів навіть краплі води, але більше водної молекули, що свідчить про водонепроникність та здатність виводити піт.

Мембрани, які не мають пір, як правило, виготовлені з поліуретану. Їхній внутрішній шар концентрує у собі всі потожирові виділення тіла людини і виштовхує їх назовні.

Будова комбінованої мембрани передбачає наявність двох шарів: пористого і гладкого. Така тканина має високі якісними характеристикамиі прослужить довгі роки.

Завдяки цим перевагам одяг та взуття, виготовлені з мембранних тканин і призначені для носіння в взимкуроки, міцні, але легкі, чудово захищають від морозу, вологи, пилу. Вони просто незамінні для безлічі активних видів зимового відпочинкуальпінізму.

Клітина- це 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 ж 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 у 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 самих молекул, фосфоліпіди мають природна властивістьприкріплюватися 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 розчинівглюкози та сечовини. Жиророзчинні речовини, включаючи кисень, вуглекислий газалкоголь, навпаки, легко проникають через цю 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 середовищорганізму. Крім того, холестерол – основний регулятор в'язкості мембрани.

Білки клітинних мембран. На малюнку в ліпідному бісла видно глобулярні частинки - це мембранні білкибільшість 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.

9.5.1. Одна з головних функцій мембран – участь у перенесенні речовин. Цей процес забезпечується за допомогою трьох основних механізмів: простою дифузією, полегшеною дифузією та активним транспортом (рисунок 9.10). Запам'ятайте найважливіші особливостіцих механізмів та приклади транспортованих речовин у кожному випадку.

Малюнок 9.10.Механізми транспорту молекул через мембрану

Проста дифузія- перенесення речовин через мембрану без спеціальних механізмів. Транспорт відбувається за градієнтом концентрації без витрати енергії. Шляхом простої дифузії транспортуються малі біомолекули - Н2 Про, СО2, О2, сечовина, гідрофобні низькомолекулярні речовини. Швидкість простої дифузії пропорційна концентрації градієнту.

Полегшена дифузія- перенесення речовин через мембрану за допомогою білкових каналів чи спеціальних білків-переносників. Здійснюється за градієнтом концентрації без витрати енергії. Транспортуються моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, гліцерол, деякі іони. Характерна кінетика насичення - при певній (насичувальної) концентрації речовини, що переноситься, в переносі беруть участь всі молекули переносника і швидкість транспорту досягає граничної величини.

Активний транспорт- також вимагає участі спеціальних білків-переносників, але перенесення відбувається проти концентрації градієнта і тому вимагає витрати енергії. За допомогою цього механізму через клітинну мембрану транспортуються іони Na+, K+, Ca2+, Mg2+, через мітохондріальну – протони. Для активного транспорту речовин характерна кінетика насичення.

9.5.2. прикладом транспортної системи, що здійснює активний транспортіонів, є Na+,K+-аденозинтрифосфатаза (Na+,K+-АТФаза або Na+,K+-насос). Цей білок знаходиться в товщі плазматичної мембрани та здатний каталізувати реакцію гідролізу АТФ. Енергія, що виділяється при гідролізі 1 молекули АТФ, використовується для перенесення 3 іонів Na+ з клітини у позаклітинний простір і 2 іонів К+ зворотному напрямку(Рисунок 9.11). Внаслідок дії Na+,K+-АТФази створюється різниця концентрацій між цитозолем клітини та позаклітинною рідиною. Оскільки перенесення іонів нееквівалентне, виникає різниця електричних потенціалів. Таким чином, виникає електрохімічний потенціал, який складається з енергії різниці електричних потенціалів Δφ та енергії різниці концентрацій речовин ΔС по обидва боки мембрани.

Малюнок 9.11.Схема Na+, K+-насоса.

9.5.3. Перенесення через мембрани частинок та високомолекулярних сполук

Поряд із транспортом органічних речовин та іонів, здійснюваним переносниками, в клітині існує зовсім особливий механізм, призначений для поглинання клітиною та виведення з неї високомолекулярних сполук за допомогою зміни форми біомембрани. Такий механізм називають везикулярним транспортом.

Малюнок 9.12.Типи везикулярного транспорту: 1 – ендоцитоз; 2 – екзоцитоз.

При перенесенні макромолекул відбувається послідовне утворення та злиття оточених мембраною бульбашок (везикул). У напрямку транспорту та характеру переносимих речовин розрізняють такі типи везикулярного транспорту:

Ендоцитоз(рисунок 9.12, 1) - перенесення речовин у клітину. Залежно від розміру везикул, що утворюються, розрізняють:

а) піноцитоз - Поглинання рідини та розчинених макромолекул (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот) за допомогою невеликих бульбашок (150 нм у діаметрі);

б) фагоцитоз - Поглинання великих частинок, таких як мікроорганізми або уламки клітин. І тут утворюються великі бульбашки, звані фагосомами діаметром понад 250 нм.

Піноцитоз характерний більшості еукаріотичних клітин, тоді як великі частинки поглинаються спеціалізованими клітинами - лейкоцитами і макрофагами. На першій стадії ендоцитозу речовини або частки адсорбуються на поверхні мембрани, цей процес відбувається без енергії. На наступній стадії мембрана з адсорбованою речовиною заглиблюється у цитоплазму; Локальні вп'ячування плазматичної мембрани, що утворилися, відшнуровуються від поверхні клітини, утворюючи бульбашки, які потім мігрують всередину клітини. Цей процес пов'язаний системою мікрофіламентів та є енергозалежним. Бульбашки і фагосоми, що надійшли в клітину, можуть зливатися з лізосомами. Ферменти, що містяться в лізосомах, розщеплюють речовини, що містяться в бульбашках і фагосомах до низькомолекулярних продуктів (амінокислот, моносахаридів, нуклеотидів), які транспортуються в цитозоль, де вони можуть бути використані клітиною.

Екзоцитоз(Рисунок 9.12, 2) - перенесення частинок і великих сполук з клітини. Цей процес, як і ендоцитоз, протікає із поглинанням енергії. Основними різновидами екзоцитозу є:

а) секреція - виведення з клітин водорозчинних сполук, які використовуються або впливають на інші клітини організму. Може здійснюватися як неспеціалізованими клітинами, так і клітинами ендокринних залоз, слизової шлунково-кишкового тракту, пристосованими для секреції вироблених ними речовин (гормонів, нейромедіаторів, проферментів), залежно від певних потреб організму.

Секретовані білки синтезуються на рибосомах, пов'язаних з мембранами шорсткого ендоплазматичного ретикулуму. Потім ці білки транспортуються до апарату Гольджі, де вони модифікуються, концентруються, сортуються, потім упаковуються в бульбашки, які відщеплюються в цитозоль і надалі зливаються з плазматичною мембраною, так що вміст бульбашок виявляється поза клітиною.

На відміну від макромолекул, частинки малих розмірів, що секретуються, наприклад, протони, транспортуються з клітини за допомогою механізмів полегшеної дифузії та активного транспорту.

б) екскреція - видалення з клітин речовин, які не можуть бути використані (наприклад, видалення в ході еритропоезу з ретикулоцитів сітчастої субстанції, що являє собою агреговані залишки органел). Механізм екскреції, мабуть, полягає в тому, що спочатку частинки, що виділяються, виявляються в цитоплазматичному бульбашці, який потім зливається з плазматичною мембраною.

Серед основних функцій клітинної мембрани можна виділити бар'єрну, транспортну, ферментативну та рецепторну. Клітинна (біологічна) мембрана (вона ж плазмалема, плазматична або цитоплазматична мембрана) захищає вміст клітини або її органоїдів від довкіллязабезпечує виборчу проникність для речовин, на ній розташовуються ферменти, а також молекули, здатні «ловити» різні хімічні та фізичні сигнали.

Така функціональність забезпечується особливою будовою клітинної мембрани.

В еволюції життя на Землі клітина взагалі могла утворитися лише після появи мембрани, яка відокремила та стабілізувала внутрішній вміст, що не дало йому розпастись.

У плані підтримки гомеостазу (саморегуляції відносної сталості внутрішнього середовища) бар'єрна функція клітинної мембрани тісно пов'язана з транспортною.

Малі молекули здатні проходити крізь плазмалемму без будь-яких «помічників», за градієнтом концентрації, тобто з області з високою концентрацією даної речовиниобласть з низькою концентрацією. Так, наприклад, справа для газів, що беруть участь у диханні. Кисень і вуглекислий газ дифундують через клітинну мембрану в тому напрямку, де їх концентрація в Наразіменше.

Оскільки мембрана в основній своїй частині гідрофобна (через подвійний ліпідний шар), то полярні (гідрофільні) молекули, навіть малих розмірів, часто не можуть крізь неї проникнути. Тому ряд мембранних білків виконує функцію переносників таких молекул, зв'язуючись із нею і переносячи через плазмалемму.

Інтегральні (пронизують мембрану наскрізь) білки часто працюють за принципом каналів, що відкриваються і закриваються. Коли якась молекула підходить до такого білка, він з'єднується з нею, і канал відкривається. Ця речовина або інша проходить через білковий канал, після чого його конформація змінюється, і канал закривається для цієї речовини, але може відкритися для пропускання іншої. За таким принципом працює натрій-калієвий насос, що закачує в клітину іони калію і викачує з неї іони натрію.

Ферментативна функція клітинної мембранив більшою міроюреалізована на мембранах органоїдів клітини. Більшість білків, що синтезуються в клітині, виконують ферментативну функцію. «Всідаючи» на мембрану в певному порядкуВони організують конвеєр, коли продукт реакції, що каталізується одним білком-ферментом, переходить до наступного. Такий «конвеєр» стабілізують поверхневі білки плазмалеми.

Незважаючи на універсальність будови всіх біологічних мембран (побудовані за єдиним принципоммайже однакові у всіх організмів і в різних мембранних клітинних структур), їх хімічний складвсе ж таки може відрізнятися. Бувають рідкіші і твердіші, на одних більше певних білків, на інших менше. Крім того, відрізняються і різні сторони(внутрішня та зовнішня) однієї і тієї ж мембрани.

У мембрани, що оточує клітину (цитоплазматичної) на зовнішній стороні розташовується безліч вуглеводних ланцюгів, прикріплених до ліпідів або білків (у результаті утворюються гліколіпіди та глікопротеїни). Багато таких вуглеводів виконують рецепторну функцію, будучи сприйнятливими до певних гормонів, вловлюючи зміни фізичних та хімічних показниківу навколишньому середовищі.

Якщо, наприклад, гормон з'єднується зі своїм клітинним рецепторомто вуглеводна частина молекули-рецептора змінює свою будову, слідом за нею змінює будову і пов'язана з нею білкова частина, що пронизує мембрану. На наступному етапі в клітці запускаються або зупиняються різні біохімічні реакції, Т. е. змінюється її метаболізм, починається клітинна відповідь на «подразник».

Крім перелічених чотирьох функцій клітинної мембрани виділяють й інші: матричну, енергетичну, маркувальну, формування міжклітинних контактів та ін. Однак їх можна розглянути як «підфункції» вже розглянутих.

Клітинна мембрана.

Клітинна мембрана 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 умовисередовища.

Будова.

Клітинна мембрана є подвійний шар (бішар) молекул класу ліпідів (жирів), більшість з яких є так звані складні ліпіди - фосфоліпіди. Молекули ліпідів мають гідрофільну («головка») та гідрофобну («хвіст») частину. При утворенні мембран гідрофобні ділянки молекул виявляються зверненими всередину, а гідрофільні - назовні. Мембрани – структури дуже подібні у різних організмів. Товщина мембрани складає 7-8 нм. (10-9 метрів)

Гідрофільність- Здатність речовини змочуватися водою.
Гідрофобність- Нездатність речовини змочуватися водою.

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 внутрішнім сторонаммембрани).
Деякі білки є точками контакту клітинної мембрани з цитоскелетом усередині клітини, та клітинною стінкою(якщо вона є) зовні.

Цитоскелет– клітинний каркас усередині клітини.

Опції.

1) Бар'єрна- забезпечує регульований, вибірковий, пасивний та активний обмін речовин з навколишнім середовищем.

2) Транспортна- через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину та з клітини.матрична - забезпечує певне взаєморозташування та орієнтацію мембранних білків, їх оптимальну взаємодію.

3) Механічна- Забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, а також з'єднання з іншими клітинами (у тканинах). Велику роль забезпечення механічної функції має міжклітинна речовина.

4) 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) теж зв'язуються з особливими рецепторними білками клітин-мішеней.

Гормони- біологічно активні сигнальні хімічні речовини

5) Ферментативна- мембранні білки часто є ферментами. Наприклад, плазматичні мембраниЕпітеліальні клітини кишечника містять травні ферменти.

6) 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.

Нервовий імпульс – хвиля збудження, що передається нервовим волокном.

7) 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 ж дозволяє імунної системирозпізнавати чужорідні антигени.

Особливості проникності.

Клітинні мембрани мають вибіркову проникність: через них повільно проникають різними способами:

• Глюкоза – основне джерело енергії.
• Амінокислоти – будівельні елементи, з яких складаються всі білки організму.
• Жирні кислоти - структурна, енергетична та ін функції.
• Гліцерол – залишає організм утримувати воду та зменшує вироблення сечі.
• Іони – ферменти для реакцій.

Причому самі мембрани певною мірою активно регулюють цей процес - одні речовини пропускають, інші ні. Існує чотири основні механізми для надходження речовин у клітину або виведення їх із клітини назовні:

Пасивні механізми проникності:

1) Дифузія.

Варіантом цього механізму є полегшена дифузія, за якої речовині допомагає пройти через мембрану будь-яка специфічна молекула. Ця молекула може мати канал, що пропускає речовини тільки одного типу.

Дифузія-процес взаємного проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншої.

Осмос– процес односторонньої дифузії через напівпроникну мембрану молекул розчинника у бік більшої концентрації розчиненої речовини.

Мембрана, що оточує нормальну клітину крові, проникна лише для молекул води, кисню, деяких з розчинених у крові поживних речовин та продуктів клітинної життєдіяльності.

Активні механізми проникності:

1) Активний транспорт.

Активний транспорт– перенесення речовини з низької концентрації в область високої.

Активний транспорт вимагає витрат енергії, тому що відбувається в галузі низької концентрації в область високу. На мембрані існують спеціальні білки-насоси, які активно вкачують у клітину іони калію (K+) і викачують з неї іони натрію (Na+), як енергія служать АТФ.

АТФ– універсальне джерело енергії для всіх біохімічних процесів. .(Докладніше пізніше)

2) Ендоцитоз.

Частинки, з будь-якої причини, не здатні перетнути клітинну мембрану, але необхідні для клітини, можуть проникнути крізь мембрану шляхом ендоцитозу.

Ендоцитоз– процес захоплення зовнішнього матеріалу клітиною.

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.

Будова мембрани

Проникність

Активний транспорт

Осмос

Ендоцитоз