Основните функции на мембраните. Функции на клетъчната мембрана

Клетъчната мембрана се нарича плазмалема или плазмена мембрана. Основните функции на клетъчната мембрана са да поддържа целостта на клетката и да комуникира с външна среда.

Структура

Клетъчните мембрани са съставени от липопротеинови (мастно-протеинови) структури и са с дебелина 10 nm. Стените на мембраните са изградени от три класа липиди:

• фосфолипиди - съединения на фосфор и мазнини;
• гликолипиди - съединения на липиди и въглехидрати;
• холестерол (холестерол) - мастен алкохол.

Тези вещества образуват течно-мозаечна структура, състояща се от три слоя. Фосфолипидите образуват два външни слоя. Имат хидрофилна глава, от която излизат две хидрофобни опашки. Опашките са обърнати вътре в структурата, образувайки вътрешния слой. Когато холестеролът се включи в опашките на фосфолипидите, мембраната става твърда.

Ориз. 1. Структурата на мембраната.

Гликолипидите са вградени между фосфолипиди, които изпълняват рецепторна функция, и протеини от два вида:

• периферен (външен, повърхностен) - разположен на липидната повърхност, без да прониква дълбоко в мембраната;
• интегрална - вградени на различни нива, могат да проникнат през цялата мембрана, само във вътрешния или външния липиден слой;

Всички протеини се различават по своята структура и изпълняват различни функции. Например глобуларните протеинови съединения имат хидрофобно-хидрофилна структура и изпълняват транспортна функция.

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

Ориз. 2. Видове мембранни протеини.

Плазмалемата е течна структура, т.к липидите не са свързани помежду си, а просто са подредени в плътни редици. Благодарение на това свойство мембраната може да променя конфигурацията си, да бъде подвижна и еластична, а също така да извършва транспортирането на вещества.

Функции

Какви функции прави клетъчната мембрана:

• бариера - отделя съдържанието на клетката от външната среда;
• транспорт - регулира метаболизма;
• ензимен - осъществява ензимни реакции;
• рецептор - разпознава външни дразнители.

Най-важната функция е транспортирането на вещества по време на метаболизма. От външната среда в клетката постоянно навлизат течни и твърди вещества. Излизат продуктите на размяната. Всички вещества преминават през клетъчната мембрана. Транспортирането става по няколко начина, които са описани в таблицата.

Ориз. 3. Ендоцитоза и екзоцитоза.

Активният транспорт на молекулите на веществата (натриево-калиева помпа) се осъществява с помощта на протеинови структури, вградени в мембраната, и изисква изразходване на енергия под формата на АТФ.

Среден рейтинг: 4.7. Общо получени оценки: 289.

Отвън клетката е покрита с плазмена мембрана (или външна клетъчна мембрана) с дебелина около 6-10 nm.

Клетъчната мембрана е плътен филм от протеини и липиди (главно фосфолипиди). Липидните молекули са разположени подредено - перпендикулярно на повърхността, в два слоя, така че частите им, които интензивно взаимодействат с водата (хидрофилни), са насочени навън, а частите, които са инертни към водата (хидрофобни), са насочени навътре.

Протеиновите молекули са разположени в непрекъснат слой върху повърхността на липидната рамка от двете страни. Някои от тях са потопени в липидния слой, а други преминават през него, образувайки зони, пропускливи за вода. Тези протеини изпълняват различни функции - някои от тях са ензими, други са транспортни протеини, участващи в преноса на определени вещества от околната среда в цитоплазмата и обратно.

Основни функции на клетъчната мембрана

Едно от основните свойства на биологичните мембрани е селективната пропускливост (полупропускливост)- някои вещества преминават през тях трудно, други лесно и дори към по-висока концентрация.Така че за повечето клетки концентрацията на Na йони вътре е много по-ниска отколкото в околен свят. За K йони е характерно обратното съотношение: тяхната концентрация вътре в клетката е по-висока, отколкото извън нея. Следователно Na йоните винаги се стремят да влязат в клетката, а K йоните - да излязат навън. Изравняването на концентрациите на тези йони се предотвратява от наличието в мембраната на специална система, която играе ролята на помпа, която изпомпва Na йони от клетката и едновременно с това изпомпва K йони вътре.

Желанието на Na йоните да се движат отвън навътре се използва за транспортиране на захари и аминокиселини в клетката. С активното отстраняване на Na йони от клетката се създават условия за навлизане в нея на глюкоза и аминокиселини.

В много клетки абсорбцията на вещества се извършва също чрез фагоцитоза и пиноцитоза. При фагоцитозагъвкавата външна мембрана образува малка вдлъбнатина, където влиза уловената частица. Тази вдлъбнатина се увеличава и, заобиколена от част от външната мембрана, частицата се потапя в цитоплазмата на клетката. Феноменът на фагоцитоза е характерен за амеба и някои други протозои, както и за левкоцити (фагоцити). По същия начин клетките абсорбират течности, съдържащи необходимите за клетката вещества. Това явление е наречено пиноцитоза.

Външните мембрани на различните клетки се различават значително и в двете химичен съставтехните протеини и липиди и от относителното им съдържание. Именно тези особености определят разнообразието във физиологичната активност на мембраните на различните клетки и тяхната роля в живота на клетките и тъканите.

Ендоплазменият ретикулум на клетката е свързан с външната мембрана. С помощта на външните мембрани се осъществяват различни видове междуклетъчни контакти, т.е. комуникация между отделните клетки.

Много видове клетки се характеризират с наличието на тяхната повърхност Голям бройиздатини, гънки, микровили. Те допринасят както за значително увеличаване на повърхността на клетките и подобряване на метаболизма, така и за по-силни връзки на отделните клетки една с друга.

От външната страна на клетъчната мембрана растителните клетки имат дебели мембрани, които са ясно видими в оптичен микроскоп, състоящи се от целулоза (целулоза). Те създават солидна основа растителни тъкани(дърво).

Някои клетки от животински произход също имат редица външни структури, които са разположени върху клетъчната мембрана и имат защитен характер. Пример за това е хитинът на покривните клетки на насекомите.

Функции на клетъчната мембрана (накратко)

Изучаването на структурата на организмите, както и на растенията, животните и хората, е клонът на биологията, наречен цитология. Учените са установили, че съдържанието на клетката, което се намира вътре в нея, е доста сложно. Той е заобиколен от така наречения повърхностен апарат, който включва външната клетъчна мембрана, надмембранни структури: гликокаликс и микрофиламенти, пеликула и микротубули, които образуват неговия субмембранен комплекс.

В тази статия ще проучим структурата и функциите на външната клетъчна мембрана, която е част от повърхностния апарат различни видовеклетки.

Какви са функциите на външната клетъчна мембрана?

Както беше описано по-рано, външната мембрана е част от повърхностния апарат на всяка клетка, който успешно разделя вътрешното й съдържание и предпазва клетъчните органели от неблагоприятни условиявъншна среда. Друга функция е да осигури обмен на вещества между клетъчното съдържание и тъканната течност, следователно външната клетъчна мембрана транспортира молекули и йони, влизащи в цитоплазмата, и също така помага за отстраняването на токсините и излишните токсични вещества от клетката.

Структурата на клетъчната мембрана

мембрани или плазмени мембрани различни видовеклетките са много различни. основно, химическа структура, както и относителното съдържание на липиди, гликопротеини, протеини в тях и съответно естеството на разположените в тях рецептори. Външният, който се определя предимно от индивидуалния състав на гликопротеините, участва в разпознаването на стимулите от околната среда и в реакциите на самата клетка към техните действия. Някои видове вируси могат да взаимодействат с протеини и гликолипиди на клетъчните мембрани, в резултат на което проникват в клетката. Херпесните и грипните вируси могат да използват, за да изградят своята защитна обвивка.

А вирусите и бактериите, така наречените бактериофаги, се прикрепят към клетъчната мембрана и я разтварят на мястото на контакт с помощта на специален ензим. След това в образуваната дупка преминава молекула вирусна ДНК.

Характеристики на структурата на плазмената мембрана на еукариотите

Спомнете си, че външната клетъчна мембрана изпълнява функцията на транспорт, т.е. прехвърляне на вещества в и от нея във външната среда. За извършване на такъв процес е необходима специална структура. Всъщност плазмалемата е постоянна, универсална система от повърхностния апарат за всички. Това е тънък (2-10 Nm), но доста плътен многослоен филм, който покрива цялата клетка. Неговата структура е изследвана през 1972 г. от такива учени като Д. Сингър и Г. Никълсън, те също създават течно-мозаечен модел на клетъчната мембрана.

Основните химични съединения, които го образуват, са подредени молекули на протеини и определени фосфолипиди, които са разпръснати в течна липидна среда и приличат на мозайка. По този начин клетъчната мембрана се състои от два слоя липиди, чиито неполярни хидрофобни "опашки" са разположени вътре в мембраната, а полярните хидрофилни глави са обърнати към цитоплазмата на клетката и междуклетъчната течност.

Липидният слой е проникнат от големи протеинови молекули, които образуват хидрофилни пори. Именно чрез тях водни разтвориглюкоза и минерални соли. Някои протеинови молекули са разположени както на външната, така и на вътрешна повърхностплазмалема. Така на външната клетъчна мембрана в клетките на всички организми с ядра има въглехидратни молекули, свързани чрез ковалентни връзки с гликолипиди и гликопротеини. Съдържанието на въглехидрати в клетъчните мембрани варира от 2 до 10%.

Структурата на плазмалемата на прокариотните организми

Външната клетъчна мембрана при прокариотите изпълнява подобни функции на плазмените мембрани на клетките на ядрените организми, а именно: възприемане и предаване на информация, идваща от външната среда, транспорт на йони и разтвори в и извън клетката и защита на цитоплазмата от чужди реагенти отвън. Може да образува мезозоми - структури, които възникват, когато плазмалемата изпъкне в клетката. Те могат да съдържат ензими, участващи в метаболитните реакции на прокариотите, например в репликацията на ДНК, синтеза на протеини.

Мезозомите също съдържат редокс ензими, докато фотосинтетичните съдържат бактериохлорофил (в бактериите) и фикобилин (в цианобактериите).

Ролята на външните мембрани в междуклетъчните контакти

Продължавайки да отговаряме на въпроса какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, нека се спрем на нейната роля в растителните клетки.В растителните клетки в стените на външната клетъчна мембрана се образуват пори, преминаващи в целулозния слой. Чрез тях е възможно излизането на цитоплазмата на клетката навън; такива тънки канали се наричат ​​плазмодесми.

Благодарение на тях връзката между съседните растителни клетки е много силна. В човешките и животинските клетки местата на контакт между съседни клетъчни мембрани се наричат ​​десмозоми. Те са характерни за ендотелните и епителните клетки и се срещат и в кардиомиоцитите.

Помощни образувания на плазмалемата

Разберете какво е различното растителни клеткиот животни, помага да се изследват структурните особености на техните плазмени мембрани, които зависят от това какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана. Над него в животинските клетки има слой гликокаликс. Образува се от полизахаридни молекули, свързани с протеини и липиди на външната клетъчна мембрана. Благодарение на гликокаликса възниква адхезия (залепване) между клетките, което води до образуването на тъкани, следователно участва в сигналната функция на плазмалемата - разпознаването на стимули от околната среда.

Как е пасивният транспорт на определени вещества през клетъчните мембрани

Както бе споменато по-рано, външната клетъчна мембрана участва в процеса на транспортиране на вещества между клетката и външната среда. Има два вида транспорт през плазмалемата: пасивен (дифузия) и активен транспорт. Първият включва дифузия, улеснена дифузия и осмоза. Движението на веществата по концентрационния градиент зависи преди всичко от масата и размера на молекулите, преминаващи през клетъчната мембрана. Например, малки неполярни молекули лесно се разтварят в средния липиден слой на плазмалемата, преминават през него и попадат в цитоплазмата.

големи молекули органична материяпроникват в цитоплазмата с помощта на специални протеини-носители. Те са специфични за видовете и, когато се комбинират с частица или йон, пасивно ги пренасят през мембраната по концентрационен градиент (пасивен транспорт), без да изразходват енергия. Този процес е в основата на такова свойство на плазмалемата като селективна пропускливост. В процеса енергията на АТФ молекулите не се използва и клетката я спестява за други метаболитни реакции.

Активен транспорт на химични съединения през плазмалемата

Тъй като външната клетъчна мембрана осигурява преноса на молекули и йони от външната среда в клетката и обратно, става възможно да се отстранят продуктите на дисимилация, които са токсини, навън, т.е. в междуклетъчната течност. възниква срещу градиент на концентрация и изисква използването на енергия под формата на ATP молекули. Той също така включва протеини носители, наречени АТФази, които също са ензими.

Пример за такъв транспорт е натриево-калиевата помпа (натриевите йони преминават от цитоплазмата към външната среда, а калиевите йони се изпомпват в цитоплазмата). Епителните клетки на червата и бъбреците са способни на това. Разновидности на този метод на прехвърляне са процесите на пиноцитоза и фагоцитоза. По този начин, след като проучи какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, може да се установи, че хетеротрофните протисти, както и клетките на висшите животински организми, например левкоцитите, са способни на пино- и фагоцитоза.

Биоелектрични процеси в клетъчните мембрани

Установено е, че има потенциална разлика между външната повърхност на плазмалемата (тя е положително заредена) и париеталния слой на цитоплазмата, който е отрицателно зареден. Нарича се потенциал на покой и е присъщ на всички живи клетки. И нервната тъкан има не само потенциал за покой, но и е способна да провежда слаби биотокове, което се нарича процес на възбуждане. Външните мембрани на нервните клетки-неврони, получаващи дразнене от рецепторите, започват да променят зарядите: натриевите йони масово навлизат в клетката и повърхността на плазмалемата става електроотрицателна. А париеталният слой на цитоплазмата, поради излишък от катиони, получава положителен заряд. Това обяснява защо външната клетъчна мембрана на неврона се презарежда, което предизвиква провеждането на нервните импулси, които са в основата на процеса на възбуждане.

клетъчната мембранае клетъчната мембрана, която следните функции: разделяне на съдържанието на клетката и външната среда, селективен транспорт на вещества (обмен с външната среда за клетката), мястото на възникване на някои биохимични реакции, асоциирането на клетките в тъканите и рецепцията.

Клетъчните мембрани се делят на плазмени (вътреклетъчни) и външни. Основното свойство на всяка мембрана е полупропускливостта, тоест способността да преминава само определени вещества. Това позволява селективен обмен между клетката и външната среда или обмен между отделенията на клетката.

Плазмените мембрани са липопротеинови структури. Липидите спонтанно образуват двуслой (двоен слой), а мембранните протеини "плуват" в него. В мембраните има няколко хиляди различни протеини: структурни, носители, ензими и др. Между протеиновите молекули има пори, през които преминават хидрофилни вещества (липидният двуслой предотвратява директното им проникване в клетката). Гликозилни групи (монозахариди и полизахариди) са прикрепени към някои молекули на повърхността на мембраната, които участват в процеса на клетъчно разпознаване по време на образуването на тъкан.

Мембраните се различават по своята дебелина, обикновено между 5 и 10 nm. Дебелината се определя от размера на амфифилната липидна молекула и е 5,3 nm. По-нататъшното увеличаване на дебелината на мембраната се дължи на размера на мембранните протеинови комплекси. Зависи от външни условия(регулаторът е холестерол) структурата на двуслойния слой може да се промени, така че да стане по-плътен или течен - от това зависи скоростта на движение на веществата по протежение на мембраните.

Клетъчните мембрани включват: плазмалема, кариолема, мембрани ендоплазмения ретикулум, апарат на Голджи, лизозоми, пероксизоми, митохондрии, включвания и др.

Липидите са неразтворими във вода (хидрофобност), но лесно разтворими в органични разтворители и мазнини (липофилност). Съставът на липидите в различните мембрани не е еднакъв. Например, плазмената мембрана съдържа много холестерол. От липидите в мембраната най-често срещаните са фосфолипиди (глицерофосфатиди), сфингомиелини (сфинголипиди), гликолипиди и холестерол.

Фосфолипидите, сфингомиелините, гликолипидите се състоят от две функционално различни части: хидрофобни неполярни, които не носят заряди - „опашки“, състоящи се от мастни киселини, и хидрофилни, съдържащи заредени полярни „глави“ - алкохолни групи (например глицерол) .

Хидрофобната част на молекулата обикновено се състои от две мастни киселини. Една от киселините е ограничаваща, а втората е ненаситена. Това определя способността на липидите спонтанно да образуват двуслойни (билипидни) мембранни структури. Мембранните липиди изпълняват следните функции: бариера, транспорт, протеинова микросреда, електрическо съпротивлениемембрани.

Мембраните се различават една от друга чрез набор от протеинови молекули. Много мембранни протеини се състоят от региони, богати на полярни (носещи заряд) аминокиселини и региони с неполярни аминокиселини (глицин, аланин, валин, левцин). Такива протеини в липидните слоеве на мембраните са разположени по такъв начин, че техните неполярни области са, така да се каже, потопени в "мазнината" част на мембраната, където се намират хидрофобните области на липидите. Полярната (хидрофилна) част на тези протеини взаимодейства с липидните глави и е обърната към водната фаза.

Биологичните мембрани имат общи свойства:

мембраните са затворени системи, които не позволяват на съдържанието на клетката и нейните отделения да се смесват. Нарушаването на целостта на мембраната може да доведе до клетъчна смърт;

повърхностна (равнинна, странична) подвижност. В мембраните има непрекъснато движение на вещества по повърхността;

мембранна асиметрия. Структурата на външния и повърхностния слой е химично, структурно и функционално разнородна.