Будова, властивості та функції клітинних мембран

Клітинна мембрана чи плазматична мембрана у біології є важливим структурним елементом будівельного блоку життя - клітини. Це ультратонкий, пластичний, динамічний, електрично заряджений та вибірково проникний мембранний шар, що відокремлює цитоплазму від позаклітинного матриксу та сприяє підтримці структури та функції клітини. Не слід плутати його з клітинною стінкою, яка є додатковим шаром, що знаходиться за межами клітинної мембрани в основному у рослин, бактерій і грибів.

Мембрана тваринної клітини є зовнішнім шаром, а мембрана рослинної клітини – другим шаром після клітинної стінки.

Функції

Залежно від розташування мембрани виконують різні функції. Її основна роль полягає у визначенні того, що знаходиться всередині клітини (внутрішньоклітинного простору) і того, що знаходиться зовні (позаклітинного простору). Містить рецептори та ферменти.

Обережно! Якщо викладач виявить плагіат у роботі, не уникнути великих проблем (аж до відрахування). Якщо немає можливості написати самому, замовте тут.

Вони створюють та підтримують електрохімічні градієнти, що використовуються для різних цілей, таких як реакція на зовнішні подразники, передача інформації, селективний транспорт молекул та синтез АТФ. Мембрани утворюють внутрішньоклітинні компартменти, у яких виконуються специфічні функції, та формують ядерну оболонку, в якій укладено генетичний матеріал. У мембранах виявлено безліч типів рецепторів, які дозволяють клітинам відчувати інформаційні молекули позаклітинного середовища. Таким чином, особливості плазматичної мембрани надають нейрони здатністю обробляти інформацію.Скорочення м'язових клітин також залежить від властивостей та функцій мембран.

Однією з основних функцій клітинної мембрани є транспорт.

1. При пасивному транспорті речовини переміщуються градієнтом концентрації. Слід зазначити, що мембрана є селективно проникною, а не напівпроникною. Напівпроникність означає, що мембрана дозволяє переміщати розчинник тільки від його вищої концентрації до нижчої; Переміщення розчинника не допускається.
2. На відміну від активного транспорту, що характеризується висхідним рухом речовин (тобто від нижчих верств до вищих) і тому потребує витрат хімічної енергії, наприклад, АТФ. При переміщенні речовин через біологічну мембрану пасивному транспорту може знадобитися допомога мембранного білка, а може не знадобитися.

Існує чотири основні види пасивного транспорту:

• проста дифузія;
• фільтрація;
• полегшена дифузія;
• осмос.

Проста та полегшена дифузії відносяться до чистого переміщення молекул від більш високих концентрацій до нижчих. Фільтрація - це переміщення молекул води та розчинника через клітинну мембрану під дією гідростатичного тиску, створюваного серцево-судинною системою. Осмос - це дифузія розчинника (зазвичай молекул води) через напівпроникну мембрану від нижчих концентрацій розчинника до вищих.

Мембрани також містять безліч ферментів, необхідні метаболізму. Наприклад, у плазматичній мембрані синтезуються целюлоза та гіалуронова кислота — молекули, необхідні для позаклітинного матриксу рослин та тварин відповідно. Крім того, тут же знаходяться кінази, АТФази для виробництва енергії, ліпази та багато іншого.Цілісність тварин тканин залежить від молекул адгезії між клітинами та позаклітинним матриксом, а молекули адгезії знаходяться у плазматичній мембрані.

Ендоцитоз - процес, в ході якого клітина приймає матеріали (наприклад, білки та гормони) ззовні, поглинаючи їх та з'єднуючи зі своєю плазматичною мембраною. Існує два основних типи ендоцитозу: фагоцитоз, що буквально означає поїдання клітин, та піноцитоз – «пиття клітин».

При поглинанні клітини утворюється невелика деформація всередину (інвагінація), що містить речовину, яка має бути транспортована всередину клітини. Потім інвагінація відщеплюється від клітинної мембрани, у результаті утворюється везикула, що містить речовину. Оскільки для ендоцитозу потрібно АТФ, він вважається одним із видів активного транспорту.

Екзоцитоз - це процес, при якому клітина як би випльовує речовини з клітини. Таким чином, екзоцитоз є процесом, протилежним до ендоцитозу. Везикула, що містить матеріал, зливається з клітинною мембраною, після чого вміст виплескується за межі клітини у навколишнє середовище.

Властивості

Клітинна мембрана контролює, які речовини можуть входити та виходити з клітини. Вона може пропускати певну речовину в певний момент часу, а потім відкидати цю ж речовину в більш пізній час. Наявність поверхневих молекул (наприклад, глікопротеїнів, гліколіпідів тощо) є «ярликом» клітини. Кожна клітина має свій «підпис», який виконує функцію розпізнавання клітин або своєрідної системи клітинної ідентифікації. Серед інших основних функцій підпису - адгезія клітин, проведення іонних каналів, клітинна сигналізація та місце прикріплення цитоскелета (важливий для підтримки форми клітини).

Фізико-хімічні особливості мембран визначають їх властивості:

• мембрани являють собою текучі шари ліпідів та білків, що допускають поперечне переміщення та перебудову молекул, як у шарі в'язкої рідини;
• мембрани податливі та еластичні, при невеликих розривах самовідновлюються, відновлюючи свою цілісність;
• мембрани напівпроникні, тобто працюють як селективний бар'єр для дифузії молекул, що переходять з одного боку в інший;
• у мембранах відбувається безперервний молекулярний обмін, що забезпечує різноманітні фізіологічні властивості.

Будова

Білки

Білки роблять важливий внесок у формування клітинної мембрани, яка становить близько 50% від загального обсягу мембрани. Існує в основному 3 типи мембранних білків.

1. Інтегральні мембранні білки охоплюють усю ширину клітинної мембрани. Вони мають 2 гідрофільні домени, які взаємодіють із внутрішньоклітинним та позаклітинним середовищем відповідно, та 1 гідрофобний домен, який закріплює білок у ядрі клітинної мембрани.
   Приклади – іонні канали, протонні насоси, рецептори, пов'язані з G-білками.
2. Ліпідні білки – ці білки характеризуються ковалентним прикріпленням до мембранного ліпіду. Ці білки можуть бути по обидва боки мембрани.
   Приклад: G-білок.
3. Периферичні мембранні білки – ці білки взаємодіють із мембранами транзиторно. Вони приєднуються або до інтегральних мембранних білків, або до периферії ліпідного бислоя. Прореагувавши, білкова молекула дисоціює та виконує свою власну функцію у цитозолі.
   приклад: гормони, ферменти.

Ліпіди

Мембранні ліпіди за своєю природою є амфіпатичними. Вони складаються з гідрофільних полярних головок та гідрофобних неполярних хвостів жирних кислот.У плазматичній мембрані присутні в основному 3 типи ліпідів.

1. Фосфоліпіди — молекули фосфоліпідів являють собою амфіпатичні ліпіди з фосфатною групою, з'єднаною ковалентним зв'язком. клітини та позаклітинної Середовищем. Гідрофобні кінці обох шарів утворюють ядро ​​клітинної мембрани.
2. Гліколіпіди - являють собою ліпіди з вуглеводами, з'єднаними глікозидним зв'язком. Вони присутні в незначних кількостях і становлять всього близько 2% від загальної кількості ліпідів клітинної мембрани. олігосахаридною групою гліколіпідів на мембрані РБК. До поширених гліколіпідів відносяться глобозид, цереброзид, гангліозид та ін.
3. Стероли - Інші ліпіди представлені стеролами. Клітинні мембрани рослин зазвичай містять стерини, а тварин - холестерин.

Наприклад, у холоднокровних тварин у клітинних мембранах міститься максимальна кількість холестерину, який виконує функцію антифризу.У рослинах таку ж роль виконують стерини.

У багатьох випадках ліпіди утворюють везикули, які називаються ліпосомами. Вони відрізняються від міцел тим, що ліпосоми утворюються в основному з гліцерофосфоліпідів. З іншого боку, міцели утворюються із сфінгофосфоліпідів. Ліпосоми мають сферичну структуру та плоску бішарову структуру, тоді як міцели – одношарову.

Вуглеводи

Мембранні вуглеводи присутні в основному у вигляді гліколіпідів, глікопротеїнів та протеогліканів. Вуглеводна частина присутня в основному за межами клітинної поверхні. Вони утворюють пухку вуглеводну оболонку, розташовану поза клітинної мембрани і звану гликокаликсом.

Вуглеводи виконують такі важливі функції:

1. Відштовхування негативно заряджених частинок, оскільки деякі вуглеводні молекули є негативно зарядженими.
2. Рецептори клітинної поверхні. Наприклад, рецептори інсуліну.
3. Відіграють роль імунних реакціях.
4. Прикріплення до сусідніх клітин з допомогою взаємодії між гликокаликсом.

Функції, значення та будова плазматичної мембрани

Клітинна мембрана (плазматична мембрана) є тонкою напівпроникною оболонкою, яка оточує цитоплазму клітини.

Функція та роль клітинної мембрани

Її функція полягає в тому, щоб захистити цілісність внутрішньої частини клітини, впускаючи деякі необхідні речовини в клітину і не дозволяючи проникати іншим.

Він також служить основою прихильності до цитоскелета в одних організмів і клітинної стінки в інших. Таким чином, плазматична мембрана забезпечує форму клітини. Ще одна функція мембрани полягає в регулюванні зростання клітин через баланс ендоцитозу та екзоцитозу.

При ендоцитозі ліпіди та білки видаляються з клітинної мембрани у міру засвоєння речовин.При екзоцитозі везикули, що містять ліпіди та білки, зливаються з клітинною мембраною, збільшуючи розмір клітин. Тварини, рослинні та грибкові клітини мають плазматичні мембрани. Внутрішні органели, наприклад, ядро, також поміщені у захисні мембрани.

Структура клітинної мембрани

Плазматична мембрана в основному складається із суміші білків та ліпідів. Залежно від розташування та ролі мембрани в організмі, ліпіди можуть становити від 20 до 80 відсотків мембрани, а решта припадає на білки. У той час як ліпіди допомагають надати мембрані гнучкість, білки контролюють та підтримують хімічний склад клітини, а також допомагають у перенесенні молекул крізь мембрану.

Ліпіди мембран

Фосфоліпіди є основним компонентом плазматичних мембран. Вони утворюють ліпідний бислой, у якому гідрофільні (притягнуті до води) ділянки «голови» спонтанно організуються, щоб протистояти водному цитозолю і позаклітинної рідини, тоді як гідрофобні (відштовхувані водою) ділянки «хвоста» звернені від цитозолю та позаклітинної рідини. Ліпідний бішар є напівпроникним, дозволяючи лише деяким молекулам дифундувати через мембрану.

Холестерин є ще одним ліпідним компонентом мембран тваринних клітин. Молекули холестерину вибірково дисперговані між мембранними фосфоліпідами. Це допомагає зберегти жорсткість клітинних мембран, запобігаючи занадто щільному розташуванню фосфоліпідів. Холестерин відсутній у мембранах рослинних клітин.

Гліколіпіди розташовані із зовнішньої поверхні клітинних мембран і з'єднуються з ними вуглеводним ланцюгом. Вони допомагають клітині розпізнавати інші клітини організму.

Білки мембран

Клітинна мембрана містить два типи асоційованих білків.Білки периферичної мембрани є зовнішніми та пов'язані з нею шляхом взаємодії з іншими білками. Інтегральні мембранні білки вводяться в мембрану і більшість проходить крізь неї. Частини цих трансмембранних білків розташовані по обидві сторони.

Білки плазматичної мембрани мають низку різних функцій. Структурні білки забезпечують підтримку та форму клітин. Білки рецептора мембрани допомагають клітинам контактувати зі своїм зовнішнім середовищем за допомогою гормонів, нейротрансмітерів та інших сигнальних молекул. Транспортні білки, такі як глобулярні білки, переносять молекули через клітинні мембрани за допомогою полегшеної дифузії. Глікопротеїни мають прикріплений до них вуглеводний ланцюг. Вони вбудовані в клітинну мембрану, допомагаючи в обміні та перенесенні молекул.

Мембрани органел

Деякі клітинні органели також оточені захисними мембранами. Ядро, ендоплазматичний ретикулум, вакуоль, лізосома та апарат Гольджі є прикладами оточених мембраною органел. Мітохондрії та хлоропласти покриті подвійною мембраною. Мембрани різних органел розрізняються за молекулярним складом і добре підходять для виконання своєї ролі. Вони важливі для декількох важливих функцій клітин, включаючи синтез білка, виробництво ліпідів і клітинне дихання.