Клетъчната мембрана. Функции на клетъчната мембрана. Структурата на клетъчната мембрана. Клетка и клетъчна мембрана

разделителен ( бариера) - отделете клетъчното съдържание от външна среда;

Регулират обмена между клетката и околната среда;

Разделете клетките на отделения или отделения, предназначени за определени специализирани метаболитни пътища ( разделяне);

Това е мястото на някои химични реакции (светлинни реакции на фотосинтеза в хлоропласти, окислително фосфорилиране по време на дишане в митохондриите);

Осигуряват комуникация между клетките в тъканите на многоклетъчните организми;

транспорт- осъществява трансмембранен транспорт.

Рецептор- са мястото на локализиране на рецепторните места, които разпознават външни стимули.

Транспорт на веществапрез мембраната е една от водещите функции на мембраната, която осигурява обмена на вещества между клетката и външната среда. В зависимост от енергийните разходи за пренос на вещества има:

пасивен транспорт или улеснена дифузия;

активен (селективен) транспорт с участието на АТФ и ензими.

транспорт в мембранна опаковка. Има ендоцитоза (вътре в клетката) и екзоцитоза (извън клетката) - механизми, които транспортират големи частици и макромолекули през мембраната. По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува инвагинация, нейните ръбове се сливат и везикулът се вплита в цитоплазмата. Везикулата е ограничена от цитоплазмата с единична мембрана, която е част от външната цитоплазмена мембрана. Разграничете фагоцитозата и пиноцитозата. Фагоцитозата е абсорбцията на големи частици, по-скоро твърди. Например фагоцитоза на лимфоцити, протозои и др. Пиноцитозата е процес на улавяне и абсорбиране на капчици течност с разтворени в тях вещества.

Екзоцитозата е процесът на отстраняване на различни вещества от клетката. По време на екзоцитозата мембраната на везикулата или вакуолата се слива с външната цитоплазмена мембрана. Съдържанието на везикулата се отстранява от клетъчната повърхност и мембраната се включва във външната цитоплазмена мембрана.

В основата пасивентранспорт на незаредени молекули е разликата между концентрациите на водород и заряди, т.е. електрохимичен градиент. Веществата ще се движат от зона с по-висок градиент към област с по-нисък. Транспортната скорост зависи от разликата в наклона.

Простата дифузия е транспортирането на вещества директно през липидния двоен слой. Характерни за газове, неполярни или малки незаредени полярни молекули, разтворими в мазнини. Водата бързо прониква през двуслойния слой, т.к. неговата молекула е малка и електрически неутрална. Дифузията на вода през мембраните се нарича осмоза.

Дифузията през мембранните канали е транспортирането на заредени молекули и йони (Na, K, Ca, Cl), които проникват в мембраната поради наличието в нея на специални каналообразуващи протеини, които образуват водни пори.

Улеснената дифузия е транспортирането на вещества с помощта на специални транспортни протеини. Всеки протеин отговаря за строго определена молекула или група от свързани молекули, взаимодейства с нея и се движи през мембраната. Например захари, аминокиселини, нуклеотиди и други полярни молекули.

активен транспортосъществява се от протеини - носители (АТФаза) срещу електрохимичен градиент, с разход на енергия. Неговият източник са АТФ молекули. Например натриево-калиевата помпа.

Концентрацията на калий вътре в клетката е много по-висока, отколкото извън нея, а на натрий – обратното. Следователно, калиеви и натриеви катиони пасивно дифундират по концентрационния градиент през водните пори на мембраната. Това се дължи на факта, че пропускливостта на мембраната за калиеви йони е по-висока, отколкото за натриеви йони. Съответно, калият дифундира по-бързо от клетката, отколкото натрият в клетката. За нормалното функциониране на клетката обаче е необходимо определено съотношение от 3 калиеви и 2 натриеви йона. Следователно в мембраната има натриево-калиева помпа, която активно изпомпва натрия от клетката и калия в клетката. Тази помпа е трансмембранен мембранен протеин, способен на конформационни пренареждания. Следователно, той може да прикрепи към себе си както калиеви йони, така и натриеви йони (антипорт). Процесът е енергоемък:

ОТ вътремембрани, натриевите йони и АТФ молекула влизат в протеина на помпата, а калиевите йони отвън.

Натриевите йони се свързват с протеинова молекула и протеинът придобива АТФазна активност, т.е. способността да предизвиква хидролиза на АТФ, която е придружена от освобождаване на енергия, която задвижва помпата.

Фосфатът, освободен при хидролизата на АТФ, се прикрепя към протеина, т.е. фосфорилира протеин.

Фосфорилирането причинява конформационна промяна в протеина, той не е в състояние да задържа натриеви йони. Пускат ги и излизат извън килията.

Новата конформация на протеина насърчава добавянето на калиеви йони към него.

Добавянето на калиеви йони предизвиква дефосфорилиране на протеина. Той отново променя структурата си.

Промяната в конформацията на протеина води до освобождаване на калиеви йони вътре в клетката.

Протеинът отново е готов да прикрепи към себе си натриеви йони.

В един цикъл на работа помпата изпомпва 3 натриеви йона от клетката и изпомпва 2 калиеви йона.

Цитоплазма- задължителен компонент на клетката, затворен между повърхностния апарат на клетката и ядрото. Това е сложен разнороден структурен комплекс, състоящ се от:

хиалоплазма

органели (постоянни компоненти на цитоплазмата)

включвания - временни компоненти на цитоплазмата.

цитоплазмена матрица(хиалоплазма) е вътрешното съдържание на клетката - безцветен, гъст и прозрачен колоиден разтвор. Компонентите на цитоплазмения матрикс извършват процесите на биосинтеза в клетката, съдържат ензимите, необходими за образуването на енергия, главно поради анаеробна гликолиза.

Основни свойства на цитоплазмения матрикс.

Определя колоидните свойства на клетката. Заедно с вътреклетъчните мембрани на вакуоларната система, тя може да се разглежда като силно хетерогенна или многофазна колоидна система.

Осигурява промяна във вискозитета на цитоплазмата, преход от гел (по-дебел) към зол (по-течен), което се случва под въздействието на външни и вътрешни фактори.

Осигурява циклоза, амебоидно движение, клетъчно делене и движение на пигмента в хроматофорите.

Определя полярността на местоположението на вътреклетъчните компоненти.

Осигурява механични свойства на клетките - еластичност, способност за сливане, твърдост.

Органели- постоянни клетъчни структури, които осигуряват изпълнението на специфични функции от клетката. В зависимост от характеристиките на структурата има:

мембранни органели – имат мембранна структура. Те могат да бъдат едномембранни (ER, апарат на Голджи, лизозоми, вакуоли на растителни клетки). Двойна мембрана (митохондрии, пластиди, ядро).

Немембранни органели - нямат мембранна структура (хромозоми, рибозоми, клетъчен център, цитоскелет).

Органели с общо предназначение – характерни за всички клетки: ядро, митохондрии, клетъчен център, апарат на Голджи, рибозоми, ER, лизозоми. Ако органелите са характерни за определени видове клетки, те се наричат ​​специални органели (например миофибрили, които свиват мускулно влакно).

Ендоплазмения ретикулум- единична непрекъсната структура, чиято мембрана образува множество инвагинации и гънки, които приличат на тубули, микровакуоли и големи цистерни. EPS мембраните, от една страна, са свързани с клетъчната цитоплазмена мембрана, а от друга страна, с външната обвивка на ядрената мембрана.

Има два вида EPS - грапав и гладък.

При груб или гранулиран ER цистерните и тубулите са свързани с рибозоми. е външната страна на мембраната.Няма връзка с рибозомите в гладка или агрануларна EPS. Това е вътрешността на мембраната.

клетъчната мембрананаричана още плазмена (или цитоплазмена) мембрана и плазмалема. Тази структура не само отделя вътрешното съдържание на клетката от външната среда, но и влиза в състава на повечето клетъчни органели и ядрото, като от своя страна ги отделя от хиалоплазмата (цитозола) - вискозно-течната част на цитоплазмата. Да се ​​съгласим да се обадим цитоплазмена мембранатакъв, който отделя съдържанието на клетката от външната среда. Останалите термини се отнасят за всички мембрани.

Основата на структурата на клетъчната (биологична) мембрана е двоен слой липиди (мазнини). Образуването на такъв слой е свързано с особеностите на техните молекули. Липидите не се разтварят във вода, а кондензират в нея по свой начин. Една част от една липидна молекула е полярна глава (тя се привлича от вода, т.е. хидрофилна), а другата е чифт дълги неполярни опашки (тази част от молекулата се отблъсква от водата, т.е. хидрофобна) . Тази структура на молекулите ги кара да "крият" опашките си от водата и да обърнат полярните си глави към водата.

В резултат на това се образува липиден бислой, в който неполярните опашки са вътре (една срещу друга), а полярните глави са обърнати навън (към външната среда и цитоплазмата). Повърхността на такава мембрана е хидрофилна, но вътре е хидрофобна.

В клетъчните мембрани фосфолипидите преобладават сред липидите (те са сложни липиди). Главите им съдържат остатък от фосфорна киселина. В допълнение към фосфолипидите има гликолипиди (липиди + въглехидрати) и холестерол (принадлежи към стеролите). Последният придава твърдост на мембраната, като се намира в нейната дебелина между опашките на останалите липиди (холестеролът е напълно хидрофобен).

Поради електростатично взаимодействие определени протеинови молекули се прикрепват към заредените глави на липидите, които се превръщат в повърхностни мембранни протеини. Други протеини взаимодействат с неполярни опашки, частично потъват в двойния слой или го проникват през и през него.

По този начин, клетъчната мембранасе състои от двоен слой от липиди, повърхностни (периферни), потопени (полуинтегрални) и проникващи (интегрални) протеини. В допълнение, някои протеини и липиди от външната страна на мембраната са свързани с въглехидратни вериги.

то флуиден мозаечен модел на структурата на мембранатае представена през 70-те години на ХХ век. Преди това беше приет сандвич модел на структурата, според който липидният двуслой е разположен вътре, а отвътре и отвън мембраната е покрита с непрекъснати слоеве повърхностни протеини. Натрупването на експериментални данни обаче опроверга тази хипотеза.

Дебелината на мембраните различни клеткие около 8 nm. Мембраните (дори различните страни на една) се различават една от друга по процент различни видовелипиди, протеини, ензимна активност и др. Някои мембрани са по-течни и по-пропускливи, други са по-плътни.

Разкъсванията в клетъчната мембрана лесно се сливат поради физикохимичните характеристики на липидния двоен слой. В равнината на мембраната липидите и протеините (освен ако не са фиксирани от цитоскелета) се движат.

Функции на клетъчната мембрана

Повечето от протеините, потопени в клетъчната мембрана, изпълняват ензимна функция (те са ензими). Често (особено в мембраните на клетъчните органели) ензимите са подредени в определена последователност, така че реакционните продукти, катализирани от един ензим, преминават към втория, след това към третия и т.н. Образува се конвейер, който стабилизира повърхностните протеини, тъй като те не позволяват на ензимите да плуват по липидния двоен слой.

Клетъчната мембрана изпълнява ограничителна (бариерна) функция от околната среда и същевременно транспортна функция. Може да се каже, че това е най-важното му предназначение. Цитоплазмената мембрана, притежаваща сила и селективна пропускливост, поддържа постоянството на вътрешния състав на клетката (нейната хомеостаза и цялост).

В този случай се осъществява транспортирането на вещества различни начини. Транспортът по концентрационен градиент включва движението на вещества от област с по-висока концентрация към област с по-ниска (дифузия). Така например газовете дифундират (CO 2, O 2).

Има и транспорт срещу концентрационния градиент, но с разход на енергия.

Транспортът е пасивен и лек (когато някой превозвач му помага). За мастноразтворимите вещества е възможна пасивна дифузия през клетъчната мембрана.

Има специални протеини, които правят мембраните пропускливи за захари и други водоразтворими вещества. Тези носители се свързват с транспортираните молекули и ги влачат през мембраната. По този начин глюкозата се транспортира в червените кръвни клетки.

Обхващащите протеини, когато се комбинират, могат да образуват пори за движението на определени вещества през мембраната. Такива носители не се движат, а образуват канал в мембраната и работят подобно на ензимите, свързвайки определено вещество. Трансферът се извършва поради промяна в конформацията на протеина, поради което се образуват канали в мембраната. Пример е натриево-калиевата помпа.

Транспортната функция на еукариотната клетъчна мембрана също се осъществява чрез ендоцитоза (и екзоцитоза).Чрез тези механизми големи молекули биополимери, дори цели клетки, влизат в клетката (и излизат от нея). Ендо- и екзоцитозата не са характерни за всички еукариотни клетки (прокариотите изобщо я нямат). Така че ендоцитоза се наблюдава при протозои и низши безгръбначни; при бозайниците левкоцитите и макрофагите абсорбират вредни вещества и бактерии, т.е. ендоцитозата изпълнява защитна функция за тялото.

Ендоцитозата се разделя на фагоцитоза(цитоплазмата обгръща големи частици) и пиноцитоза(улавяне на течни капчици с разтворени в тях вещества). Механизмът на тези процеси е приблизително еднакъв. Абсорбираните вещества на клетъчната повърхност са заобиколени от мембрана. Образува се везикула (фагоцитна или пиноцитна), която след това се премества в клетката.

Екзоцитозата е отстраняването на вещества от клетката чрез цитоплазмената мембрана (хормони, полизахариди, протеини, мазнини и др.). Тези вещества са затворени в мембранни везикули, които пасват на клетъчната мембрана. Двете мембрани се сливат и съдържанието е извън клетката.

Цитоплазмената мембрана изпълнява рецепторна функция.За да направите това, от външната му страна има структури, които могат да разпознаят химичен или физически стимул. Някои от протеините, проникващи в плазмалемата, са свързани отвън с полизахаридни вериги (образуващи гликопротеини). Това са специфични молекулярни рецептори, които улавят хормоните. Когато определен хормон се свърже с неговия рецептор, той променя структурата си. Това от своя страна задейства механизма на клетъчния отговор. В същото време каналите могат да се отворят и някои вещества могат да започнат да навлизат в клетката или да бъдат отстранени от нея.

Рецепторната функция на клетъчните мембрани е добре проучена въз основа на действието на хормона инсулин. Когато инсулинът се свърже със своя гликопротеинов рецептор, каталитичната вътреклетъчна част на този протеин (ензимът аденилат циклаза) се активира. Ензимът синтезира цикличен АМФ от АТФ. Вече активира или инхибира различни ензими на клетъчния метаболизъм.

Рецепторната функция на цитоплазмената мембрана включва и разпознаването на съседни клетки от същия тип. Такива клетки са прикрепени една към друга чрез различни междуклетъчни контакти.

В тъканите, с помощта на междуклетъчни контакти, клетките могат да обменят информация помежду си, като използват специално синтезирани нискомолекулни вещества. Един пример за такова взаимодействие е контактното инхибиране, когато клетките спират да растат след получаване на информация, че свободното пространство е заето.

Междуклетъчните контакти са прости (мембраните на различни клетки са съседни една на друга), заключване (инвагинация на мембраната на една клетка в друга), десмозоми (когато мембраните са свързани чрез снопове от напречни влакна, проникващи в цитоплазмата). В допълнение, има вариант на междуклетъчни контакти, дължащи се на медиатори (посредници) - синапси. При тях сигналът се предава не само по химически, но и електрически. Синапсите предават сигнали между нервни клетки, както и от нерв към мускул.

Всички живи организми на Земята са изградени от клетки, като всяка клетка е обградена от защитна обвивка - мембрана. Функциите на мембраната обаче не се ограничават до защита на органелите и отделяне на една клетка от друга. Клетъчната мембрана е сложен механизъм, пряко участващи в размножаването, регенерацията, храненето, дишането и много други важни функции на клетката.

Терминът "клетъчна мембрана" се използва от около сто години. Думата "мембрана" в превод от латински означава "филм". Но в случай на клетъчна мембрана би било по-правилно да се говори за комбинация от два филма, свързани помежду си по определен начин, освен това различните страни на тези филми имат различни свойства.

Клетъчната мембрана (цитолема, плазмалема) е трислойна липопротеинова (мастно-протеинова) обвивка, която отделя всяка клетка от съседните клетки и околната среда и осъществява контролиран обмен между клетките и околната среда.

От решаващо значение в тази дефиниция е не че клетъчната мембрана отделя една клетка от друга, а че осигурява взаимодействието й с други клетки и околната среда. Мембраната е много активна, постоянно работеща структура на клетката, на която природата възлага много функции. От нашата статия ще научите всичко за състава, структурата, свойствата и функциите на клетъчната мембрана, както и опасността за човешкото здраве от нарушения във функционирането на клетъчните мембрани.

История на изследването на клетъчните мембрани

През 1925 г. двама немски учени, Гортер и Грендел, успяха да проведат сложен експеримент върху човешки червени кръвни клетки, еритроцити. Използвайки осмотичен шок, изследователите получиха така наречените "сенки" - празни черупки от червени кръвни клетки, след което ги поставиха на една купчина и измериха повърхността. Следващата стъпка беше да се изчисли количеството липиди в клетъчната мембрана. С помощта на ацетон учените изолирали липидите от „сенките“ и установили, че са достатъчни точно за двоен непрекъснат слой.

По време на експеримента обаче бяха допуснати две груби грешки:

Използването на ацетон не позволява да се изолират всички липиди от мембраните;

Повърхността на "сенките" е изчислена по сухо тегло, което също е неправилно.

Тъй като първата грешка даде минус в изчисленията, а втората даде плюс, общият резултат се оказа изненадващо точен и немските учени донесоха най-важното откритие на научния свят - липидния двуслой на клетъчната мембрана.

През 1935 г. друга двойка изследователи, Даниели и Доусън, след дълги експерименти върху билипидни филми, стигнаха до заключението, че протеините присъстват в клетъчните мембрани. Нямаше друг начин да се обясни защо тези филми имат толкова високо повърхностно напрежение. Учените представиха на обществеността схематичен модел на клетъчна мембрана, подобна на сандвич, където ролята на филийки хляб играят хомогенни липидно-протеинови слоеве, а между тях вместо масло има празнота.

През 1950 г. с помощта на първия електронен микроскоп теорията на Даниели-Доусън е частично потвърдена - микроснимките на клетъчната мембрана ясно показват два слоя, състоящи се от липидни и протеинови глави, а между тях прозрачно пространство, изпълнено само с опашки от липиди и протеини.

През 1960 г., ръководен от тези данни, американският микробиолог Дж. Робъртсън разработи теория за трислойната структура на клетъчните мембрани, която дълго време се смяташе за единствената вярна. С развитието на науката обаче се раждат все повече съмнения относно хомогенността на тези слоеве. От гледна точка на термодинамиката, такава структура е изключително неблагоприятна - за клетките би било много трудно да транспортират вещества навътре и навън през целия "сандвич". Освен това е доказано, че клетъчните мембрани на различните тъкани имат различна дебелина и начин на закрепване, което се дължи на различни функции на органите.

През 1972 г. микробиолозите S.D. Сингър и Г.Л. Никълсън успява да обясни всички несъответствия на теорията на Робъртсън с помощта на нов, течно-мозаичен модел на клетъчната мембрана. Учените са установили, че мембраната е разнородна, асиметрична, пълна с течност и клетките й са в постоянно движение. И протеините, които го съставят, имат различна структураи цел, освен това те са различно разположени спрямо билипидния слой на мембраната.

Клетъчните мембрани съдържат три вида протеини:

Периферен - прикрепен към повърхността на филма;

полуинтегрален- частично проникват в билипидния слой;

Интегрални - напълно проникват в мембраната.

Периферните протеини са свързани с главите на мембранните липиди чрез електростатично взаимодействие и те никога не образуват непрекъснат слой, както се смяташе преди.А полуинтегралните и интегралните протеини служат за транспортиране на кислород в клетката и хранителни вещества, както и за извличане на разпадни продукти от него, както и за няколко други важни функции, за които ще научите по-късно.

Клетъчната мембрана изпълнява следните функции:

Бариера - пропускливостта на мембраната за различни видовемолекулите не са еднакви За да заобиколи клетъчната мембрана, молекулата трябва да има определен размер, Химични свойстваи електрически заряд. Вредни или неподходящи молекули, поради бариерната функция на клетъчната мембрана, просто не могат да влязат в клетката. Например, с помощта на пероксидната реакция, мембраната предпазва цитоплазмата от пероксиди, които са опасни за нея;

Транспорт - през мембраната преминава пасивен, активен, регулиран и селективен обмен. Пасивният метаболизъм е подходящ за мастноразтворими вещества и газове, състоящи се от много малки молекули. Такива вещества проникват в и извън клетката без разход на енергия, свободно, чрез дифузия. Активната транспортна функция на клетъчната мембрана се активира, когато е необходимо, но трудни за транспортиране вещества трябва да бъдат пренесени в или извън клетката. Например тези с голям размермолекули или не могат да преминат през липидния слой поради хидрофобност. След това започват да работят протеиновите помпи, включително АТФ-аза, която е отговорна за абсорбцията на калиеви йони в клетката и изхвърлянето на натриеви йони от нея. Регулираният транспортен метаболизъм е необходим за функциите на секреция и ферментация, като например когато клетките произвеждат и отделят хормони или стомашен сок. Всички тези вещества напускат клетките по специални канали и в определен обем. А селективната транспортна функция е свързана със самите интегрални протеини, които проникват през мембраната и служат като канал за влизане и излизане на строго определени типове молекули;

Матрица - клетъчната мембрана определя и фиксира местоположението на органелите един спрямо друг (ядро, митохондрии, хлоропласти) и регулира взаимодействието между тях;

Механично - осигурява ограничаване на една клетка от друга и в същото време времето е точносвързването на клетките в хомогенна тъкан и устойчивостта на органите към деформация;

Защитна - както при растенията, така и при животните клетъчната мембрана служи като основа за изграждане на защитна рамка. Пример за това е твърда дървесина, гъста кора, бодливи тръни. В животинския свят също има много примери за защитната функция на клетъчните мембрани - коруба на костенурка, хитинова черупка, копита и рога;

Енергия - процесите на фотосинтеза и клетъчно дишане биха били невъзможни без участието на протеини на клетъчната мембрана, тъй като именно с помощта на протеинови канали клетките обменят енергия;

Рецептор - протеините, вградени в клетъчната мембрана, могат да имат друга важна функция. Те служат като рецептори, чрез които клетката получава сигнал от хормони и невротрансмитери. А това от своя страна е необходимо за провеждането на нервните импулси и нормалното протичане на хормоналните процеси;

Ензимна - друга важна функция, присъща на някои протеини на клетъчните мембрани. Например, в чревния епител, с помощта на такива протеини, храносмилателни ензими;

Биопотенциал- концентрацията на калиеви йони вътре в клетката е много по-висока, отколкото навън, а концентрацията на натриеви йони, напротив, е по-голяма отвън, отколкото вътре. Това обяснява потенциалната разлика: вътре в клетката зарядът е отрицателен, извън него е положителен, което допринася за движението на веществата в клетката и навън при всеки от трите вида метаболизъм - фагоцитоза, пиноцитоза и екзоцитоза;

Маркиране - на повърхността на клетъчните мембрани има така наречените "етикети" - антигени, състоящи се от гликопротеини (протеини с разклонени олигозахаридни странични вериги, прикрепени към тях). Тъй като страничните вериги могат да имат голямо разнообразие от конфигурации, всеки тип клетка получава свой собствен уникален етикет, който позволява на други клетки в тялото да ги разпознават „по зрение“ и да реагират правилно на тях. Ето защо, например, човешките имунни клетки, макрофагите, лесно разпознават попаднал в тялото чужд (инфекция, вирус) и се опитват да го унищожат. Същото се случва и с болните, мутирали и стари клетки - етикетът на клетъчната им мембрана се променя и тялото се отървава от тях.

Клетъчният обмен се осъществява през мембраните и може да се извърши чрез три основни типа реакции:

Фагоцитоза - клетъчен процес, при които фагоцитните клетки, вградени в мембраната, улавят и усвояват твърди частици от хранителни вещества. В човешкото тяло фагоцитозата се осъществява от мембрани на два вида клетки: гранулоцити (гранулирани левкоцити) и макрофаги (имунни клетки убийци);

Пиноцитозата е процес на улавяне на течни молекули, които влизат в контакт с нея от повърхността на клетъчната мембрана. За хранене по вида на пиноцитозата клетката отглежда тънки пухкави израстъци под формата на антени върху нейната мембрана, които сякаш обграждат капка течност и се получава балон. Първо, този балон изпъква над повърхността на мембраната и след това се „поглъща“ - скрива се вътре в клетката и стените му се сливат с вътрешна повърхностклетъчната мембрана. Пиноцитозата се среща в почти всички живи клетки;

Екзоцитозата е обратен процес, при който вътре в клетката се образуват везикули със секреторна функционална течност (ензим, хормон) и тя трябва по някакъв начин да бъде отстранена от клетката в околната среда. За да направите това, мехурчето първо се слива с вътрешната повърхност на клетъчната мембрана, след това се издува навън, избухва, изхвърля съдържанието и отново се слива с повърхността на мембраната, този път отвън. Екзоцитозата се извършва например в клетките на чревния епител и надбъбречната кора.

Клетъчните мембрани съдържат три класа липиди:

фосфолипиди;

гликолипиди;

Холестерол.

Фосфолипидите (комбинация от мазнини и фосфор) и гликолипидите (комбинация от мазнини и въглехидрати) от своя страна се състоят от хидрофилна глава, от която се простират две дълги хидрофобни опашки. Но холестеролът понякога заема пространството между тези две опашки и не им позволява да се огънат, което прави мембраните на някои клетки твърди. В допълнение, молекулите на холестерола рационализират структурата на клетъчните мембрани и предотвратяват прехода на полярни молекули от една клетка в друга.

Но най-важният компонент, както може да се види от предишния раздел за функциите на клетъчните мембрани, са протеините. Техният състав, предназначение и местоположение са много разнообразни, но има нещо общо, което ги обединява: пръстеновидните липиди винаги са разположени около протеините на клетъчните мембрани. Това са специални мазнини, които са ясно структурирани, стабилни, имат повече наситени мастни киселини в състава си и се освобождават от мембраните заедно със "спонсорирани" протеини. Това е един вид лична защитна обвивка за протеините, без която те просто не биха работили.

Структурата на клетъчната мембрана е трислойна. Сравнително хомогенен течен билипиден слой лежи в средата, а протеините го покриват от двете страни с вид мозайка, частично проникваща в дебелината. Тоест, би било погрешно да се мисли, че външните протеинови слоеве на клетъчните мембрани са непрекъснати. Протеините, в допълнение към техните сложни функции, са необходими в мембраната, за да преминат вътре в клетките и да транспортират от тях онези вещества, които не могат да проникнат през мастния слой. Например калиеви и натриеви йони. За тях са предвидени специални протеинови структури - йонни канали, които ще разгледаме по-подробно по-долу.

Ако погледнете клетъчната мембрана през микроскоп, можете да видите слой от липиди, образуван от най-малките сферични молекули, по които, като морето, плуват големи протеинови клетки. различни форми. Точно същите мембрани се разделят вътрешно пространствовсяка клетка в отделения, в които са удобно разположени ядрото, хлоропластите и митохондриите. Ако в клетката няма отделни „стаи“, органелите биха се слепили и няма да могат да изпълняват функциите си правилно.

Клетката е набор от органели, структурирани и ограничени от мембрани, които участват в комплекс от енергийни, метаболитни, информационни и репродуктивни процеси, които осигуряват жизнената дейност на организма.

Както може да се види от това определение, мембраната е най-важният функционален компонент на всяка клетка. Значението му е толкова голямо, колкото и това на ядрото, митохондриите и другите клетъчни органели. НО уникални свойствамембраните се определят от нейната структура: тя се състои от два филма, залепени заедно по специален начин. Молекулите на фосфолипидите в мембраната са разположени с хидрофилни глави навън и хидрофобни опашки навътре. Следователно едната страна на филма е намокрена от вода, а другата не. И така, тези филми са свързани един с друг с ненамокрящи се страни навътре, образувайки билипиден слой, заобиколен от протеинови молекули. Това е самата "сандвич" структура на клетъчната мембрана.

Йонни канали на клетъчните мембрани

Нека разгледаме по-подробно принципа на работа на йонните канали. За какво са нужни? Факт е, че само мастноразтворимите вещества могат свободно да проникнат през липидната мембрана - това са газове, алкохоли и самите мазнини. Така например в червено кръвни клеткиима постоянен обмен на кислород и въглероден диоксид и за това тялото ни не трябва да прибягва до допълнителни трикове. Но какво да кажем, когато стане необходимо да се транспортира през клетъчната мембрана водни разтворикато натриеви и калиеви соли?

Би било невъзможно да се проправи път за такива вещества в билипидния слой, тъй като дупките веднага ще се стегнат и ще се слепят обратно, такава е структурата на всяка мастна тъкан. Но природата, както винаги, намери изход от ситуацията и създаде специални протеинови транспортни структури.

Има два вида проводими протеини:

Транспортерите са полуинтегрални протеинови помпи;

Каналоформерите са интегрални протеини.

Протеините от първия тип са частично потопени в билипидния слой на клетъчната мембрана и гледат навън с главите си и в присъствието на желаното вещество започват да се държат като помпа: те привличат молекулата и я засмукват в клетка. И протеините от втория тип, интегрални, имат продълговата формаи са разположени перпендикулярно на билипидния слой на клетъчната мембрана, като го проникват през и през. През тях, като през тунели, веществата, които не могат да преминат през мазнините, се придвижват към и извън клетката. Именно чрез йонни канали калиевите йони проникват в клетката и се натрупват в нея, докато натриевите йони, напротив, се извеждат навън. Има разлика в електрическите потенциали, така необходима за правилна работавсички клетки в тялото ни.

Най-важните изводи за структурата и функциите на клетъчните мембрани

Теорията винаги изглежда интересна и обещаваща, ако може да бъде полезно приложена на практика. Откриване на структурата и функциите на клетъчните мембрани човешкото тялопозволи на учените да направят истински пробив в науката като цяло и в медицината в частност. Неслучайно се спряхме толкова подробно на йонните канали, защото именно тук се крие отговорът на един от критични въпросина нашето време: защо хората все по-често се разболяват от онкология?

Ракът отнема около 17 милиона живота по света всяка година и е четвъртата водеща причина за всички смъртни случаи. Според СЗО заболеваемостта от рак непрекъснато нараства и до края на 2020 г. може да достигне 25 милиона годишно.

Какво обяснява истинската епидемия от рак и какво общо има функцията на клетъчните мембрани с нея? Ще кажете: причината е в лошите екологични условия, недохранването, лоши навиции тежка наследственост. И, разбира се, ще бъдете прави, но ако говорим за проблема по-подробно, тогава причината е подкисляването на човешкото тяло. изброени по-горе негативни факториводят до разрушаване на клетъчните мембрани, възпрепятстват дишането и храненето.

Там, където трябва да има плюс, се образува минус и клетката не може да функционира нормално. Но раковите клетки не се нуждаят нито от кислород, нито от алкална среда - те могат да използват анаеробен тип хранене. Следователно, в условия на кислороден глад и ниво на pH извън скалата, здравите клетки мутират, искайки да се адаптират към околен святи се превръщат в ракови клетки. Така човек се разболява от рак. За да избегнете това, просто трябва да използвате достатъчно чиста водадневно и изхвърляйте канцерогените в храната. Но, като правило, хората са добре запознати с вредни продуктии нужди от качествена вода, и не правят нищо - те се надяват, че неприятностите ще ги заобиколят.

Познавайки характеристиките на структурата и функциите на клетъчните мембрани на различни клетки, лекарите могат да използват тази информация, за да осигурят целенасочени, целенасочени терапевтични ефекти върху тялото. Много модерни лекарства, попадайки в нашето тяло, те търсят желаната „мишена“, която може да бъде йонни канали, ензими, рецептори и биомаркери на клетъчните мембрани. Този метод на лечение ви позволява да постигнете по-добри резултати с минимални странични ефекти.

Антибиотиците от последно поколение, когато се пуснат в кръвта, не убиват всички клетки подред, а търсят точно клетките на патогена, като се фокусират върху маркерите в клетъчните му мембрани. Най-новите лекарства против мигрена, триптаните, стесняват само възпалените съдове на мозъка, като почти нямат ефект върху сърцето и периферните кръвоносна система. И те разпознават необходимите съдове именно по протеините на клетъчните си мембрани. Има много такива примери, така че можем да кажем с увереност, че знанията за структурата и функциите на клетъчните мембрани са в основата на развитието на съвременната медицина и спасяват милиони животи всяка година.

образование:Московски медицински институт. И. М. Сеченов, специалност - "Медицина" през 1991 г., през 1993 г. " Професионални заболявания“, през 1996 г. „Терапия“.

Клетъчната мембрана е структурата, която покрива външната страна на клетката. Нарича се още цитолема или плазмолема.

Тази формация е изградена от билипиден слой (двоен слой) с вградени в него протеини. Въглехидратите, които изграждат плазмалемата, са в свързано състояние.

Разпределението на основните компоненти на плазмалемата е както следва: повече от половината от химичния състав се пада на протеини, една четвърт е заета от фосфолипиди, а една десета е холестерол.

Клетъчна мембрана и нейните видове

Клетъчната мембрана е тънък филм, който се основава на слоеве от липопротеини и протеини.

Чрез локализация се разграничават мембранните органели, които имат някои характеристики в растителните и животинските клетки:

• митохондриите;
• ядро;
• ендоплазмения ретикулум;
• Комплекс Голджи;
• лизозоми;
• хлоропласти (в растителните клетки).

Има също вътрешна и външна (плазмолема) клетъчна мембрана.

Структурата на клетъчната мембрана

Клетъчната мембрана съдържа въглехидрати, които я покриват под формата на гликокаликс. Това е надмембранна структура, която изпълнява бариерна функция. Протеините, разположени тук, са в свободно състояние. Несвързаните протеини участват в ензимни реакции, осигурявайки извънклетъчно разграждане на вещества.

Протеините на цитоплазмената мембрана са представени от гликопротеини. от химичен съставсекретират протеини, включени в липидния слой изцяло (навсякъде) - интегрални протеини. Също периферен, недостигащ до една от повърхностите на плазмалемата.

Първите функционират като рецептори, свързвайки се с невротрансмитери, хормони и други вещества. Вмъкнатите протеини са необходими за изграждането на йонни канали, през които се транспортират йони и хидрофилни субстрати. Последните са ензими, които катализират вътреклетъчните реакции.

Основни свойства на плазмената мембрана

Липидният двоен слой предотвратява проникването на вода. Липидите са хидрофобни съединения, присъстващи в клетката като фосфолипиди. Фосфатната група е обърната навън и се състои от два слоя: външен, насочен към извънклетъчната среда, и вътрешен, ограничаващ вътреклетъчното съдържание.

Водоразтворимите области се наричат ​​хидрофилни глави. Местата на мастните киселини са насочени вътре в клетката под формата на хидрофобни опашки. Хидрофобната част взаимодейства със съседните липиди, което осигурява тяхното прикрепване един към друг. Двойният слой има селективна пропускливост в различни области.

Така че в средата мембраната е непропусклива за глюкоза и урея, тук свободно преминават хидрофобни вещества: въглероден диоксид, кислород, алкохол. Важностима холестерол, съдържанието на последния определя вискозитета на плазмената мембрана.

Функции на външната мембрана на клетката

Характеристиките на функциите са изброени накратко в таблицата:

Функция на мембраната	Описание
бариерна роля	Плазмалемата изпълнява защитна функция, предпазвайки съдържанието на клетката от въздействието на чужди агенти. Благодарение на специалната организация на протеини, липиди, въглехидрати се осигурява полупропускливостта на плазмената мембрана.
Рецепторна функция	Чрез клетъчната мембрана се активират биологично активни вещества в процеса на свързване с рецепторите. По този начин имунните реакции се медиират чрез разпознаване на чужди агенти от рецепторния апарат на клетките, локализирани върху клетъчната мембрана.
транспортна функция	Наличието на пори в плазмалемата ви позволява да регулирате потока на веществата в клетката. Процесът на пренос протича пасивно (без консумация на енергия) за съединения с ниско молекулно тегло. Активният трансфер е свързан с изразходването на енергията, освободена по време на разграждането на аденозин трифосфат (АТФ). Този метод се извършва за пренос на органични съединения.
Участие в процесите на храносмилане	Веществата се отлагат върху клетъчната мембрана (сорбция). Рецепторите се свързват със субстрата, премествайки го вътре в клетката. Образува се везикула, лежаща свободно вътре в клетката. Сливайки се, такива везикули образуват лизозоми с хидролитични ензими.
Ензимна функция	Ензими, необходими компоненти на вътреклетъчното храносмилане. Реакциите, които изискват участието на катализатори, протичат с участието на ензими.

Какво е значението на клетъчната мембрана

Клетъчната мембрана участва в поддържането на хомеостазата поради високата селективност на веществата, влизащи и излизащи от клетката (в биологията това се нарича селективна пропускливост).

Израстъците на плазмолемата разделят клетката на отделения (компартменти), отговорни за изпълнението на определени функции. Специфично подредени мембрани, отговарящи на флуидно-мозаечната схема, осигуряват целостта на клетката.

клетъчната мембрана -молекулярна структура, която се състои от липиди и протеини. Основните му свойства и функции:

• отделяне на съдържанието на всяка клетка от външната среда, осигуряване на нейната цялост;
• управление и регулиране на обмена между околната среда и клетката;
• вътреклетъчните мембрани разделят клетката на специални отделения: органели или отделения.

Думата "мембрана" на латински означава "филм". Ако говорим за клетъчната мембрана, тогава това е комбинация от два филма, които имат различни свойства.

Биологичната мембрана включва три вида протеини:

1. Периферни - разположени на повърхността на филма;
2. Интегрални - напълно проникват в мембраната;
3. Полуинтегрални - в единия край проникват в билипидния слой.

Какви са функциите на клетъчната мембрана

1. Клетъчна стена - здрава обвивка на клетката, която се намира извън цитоплазмената мембрана. Изпълнява защитни, транспортни и структурни функции. Присъства в много растения, бактерии, гъби и археи.

2. Осигурява бариерна функция, тоест селективен, регулиран, активен и пасивен метаболизъм с външната среда.

3. Може да предава и съхранява информация, а също така участва в процеса на възпроизвеждане.

4. Изпълнява транспортна функция, която може да транспортира вещества през мембраната в и извън клетката.

5. Клетъчната мембрана има еднопосочна проводимост. Благодарение на това водните молекули могат незабавно да преминат през клетъчната мембрана, а молекулите на други вещества проникват селективно.

6. С помощта на клетъчната мембрана се получават вода, кислород и хранителни вещества, а чрез нея се извеждат продуктите от клетъчния метаболизъм.

7. Осъществява клетъчен обмен през мембраните и може да го извършва чрез 3 основни типа реакции: пиноцитоза, фагоцитоза, екзоцитоза.

8. Мембраната осигурява специфичността на междуклетъчните контакти.

9. В мембраната има множество рецептори, способни да възприемат химически сигнали - медиатори, хормони и много други биологично активни вещества. Така тя е в състояние да промени метаболитната активност на клетката.

10. Основните свойства и функции на клетъчната мембрана:

• матрица
• Бариера
• транспорт
• Енергия
• Механични
• Ензимна
• Рецептор
• Защитен
• Маркиране
• Биопотенциал

Каква е функцията на плазмената мембрана в клетката?

1. Ограничава съдържанието на клетката;
2. Осъществява потока на веществата в клетката;
3. Осигурява отстраняване на редица вещества от клетката.

структура на клетъчната мембрана

Клетъчни мембрани включват липиди от 3 класа:

• гликолипиди;
• фосфолипиди;
• Холестерол.

По принцип клетъчната мембрана се състои от протеини и липиди и има дебелина не повече от 11 nm. От 40 до 90% от всички липиди са фосфолипиди. Също така е важно да се отбележат гликолипидите, които са един от основните компоненти на мембраната.

Структурата на клетъчната мембрана е трислойна. В центъра е разположен хомогенен течен билипиден слой, който протеини покриват от двете страни (като мозайка), частично прониквайки в дебелината. Протеините също са необходими, за да може мембраната да преминава вътре в клетките и да транспортира от тях специални вещества, които не могат да проникнат през мастния слой. Например натриеви и калиеви йони.

• Интересно е -

Клетъчен строеж - видео