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;

Те разделят 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 местоположението на рецепторните места, които разпознават външни стимули.

Транспорт на веществапрез мембраната – една от водещите функции на мембраната, осигуряваща обмена на вещества между клетката и външната среда. В зависимост от разхода на енергия за пренос на вещества се разграничават:

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, краищата й се сливат и везикулът се освобождава в цитоплазмата.

Везикулата е ограничена от цитоплазмата с единична мембрана, която е част от външната цитоплазмена мембрана. Има фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозата е абсорбцията на големи частици, които са доста твърди.

Например фагоцитоза на лимфоцити, протозои и др. Пиноцитозата е процес на улавяне и абсорбиране на капчици течност с разтворени в нея 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 извън клетъчната повърхност и мембраната се включва във външната цитоплазмена мембрана.В основата

пасивен

транспортирането на незаредени молекули се крие в 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. Скоростта на транспортиране зависи от разликата в наклоните.

Простата дифузия е транспортирането на вещества директно през липидния двоен слой.

Характеристика на газове, неполярни или малки незаредени полярни молекули, разтворими в мазнини. Водата бързо прониква в двуслойния слой, защото молекулата му 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), проникващи през мембраната поради наличието на специални каналообразуващи протеини, които образуват водни пори.

Концентрацията на калий вътре в клетката е много по-висока, отколкото извън нея, а на натрий – обратното. Следователно, калиеви и натриеви катиони пасивно дифундират през водните пори на мембраната по градиент на концентрация. Това се обяснява с факта, че пропускливостта на мембраната за калиеви йони е по-висока, отколкото за натриеви йони. Съответно, калият дифундира от клетката по-бързо от натрия в клетката. Но за нормалното функциониране на клетките 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, така и натриеви йони (антипорт). Процесът е енергоемък:

СЪС вътремембрани, натриевите йони и ATP молекула навлизат в протеина на помпата, а калиевите йони идват от външната мембрана.

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 протеина.

Фосфорилирането причинява конформационни промени в протеина; той става неспособен да задържа натриеви йони. Те се освобождават и се придвижват извън клетката.

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

Добавянето на калиеви йони предизвиква дефосфорилиране на протеина. Променя отново конформацията 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, разположен между повърхностния апарат на клетката и ядрото. Това е сложен разнороден структурен комплекс, състоящ се от:

хиалоплазма

органели (постоянни компоненти на цитоплазмата)

включванията са временни компоненти на цитоплазмата.

Цитоплазмена матрица(хиалоплазма) е вътрешното съдържание на клетката - безцветен, гъст и прозрачен колоиден разтвор. Компонентите на цитоплазмения матрикс извършват процеси на биосинтеза в клетката и съдържат ензими, необходими за производството 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 счита за 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 гарантират, че клетката изпълнява специфични функции. В зависимост от структурните характеристики те се разграничават:

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).

Органелите с общо предназначение са характерни за всички клетки: ядро, митохондрии, клетъчен център, апарат на Голджи, рибозоми, EPS, лизозоми. Когато 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. ER мембраните, от една страна, са свързани с клетъчната цитоплазмена мембрана, а от друга, 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. Гладката или агрануларна ER няма връзка с рибозомите. Това е вътрешната страна на мембраната.Клетъчната мембрана наричана още плазмена (или цитоплазмена) мембрана и плазмалема. Тази структура не само отделя вътрешното съдържание на клетката от външната среда, но също така е част от повечето клетъчни органели и ядрото, като от своя страна ги отделя от хиалоплазмата (цитозола) - вискозно-течната част на цитоплазмата. Да се ​​съгласим да се обадимцитоплазмена мембрана

Структурата на клетъчната (биологична) мембрана се основава на двоен слой липиди (мазнини). Образуването на такъв слой е свързано с характеристиките 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 е привлечена от вода, т.е. хидрофилна), а другата е двойка дълги неполярни опашки (тази част от молекулата се отблъсква от водата, т.е. хидрофобна). Тази структура на молекулите ги кара да „скрият“ опашките си от водата и да обърнат полярните си глави към водата.

Резултатът е липиден двоен слой, в който неполярните опашки са навътре (една срещу друга), а полярните глави са навън (към външната среда и цитоплазмата). Повърхността на такава мембрана е хидрофилна, но вътре е хидрофобна.

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

Поради електростатично взаимодействие, някои протеинови молекули се прикрепват към заредените липидни глави, които се превръщат в повърхностни мембранни протеини. Други протеини взаимодействат с неполярни опашки, частично са заровени в двойния слой или проникват през него.

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

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

Дебелина на мембраната различни клеткие около 8 nm. Мембраните (дори различните страни на една и съща) 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 на клетъчната мембрана лесно се сливат поради физикохимичните свойства на липидния двоен слой. В равнината на мембраната липидите и протеините (освен ако не са закотвени от цитоскелета) се движат.

Функции на клетъчната мембрана

Повечето протеини, 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 се стабилизира от повърхностни протеини, т.к. те не позволяват на ензимите да плават по липидния двоен слой.

Клетъчната мембрана изпълнява ограничителна (бариерна) функция от околната среда и същевременно транспортни функции. Можем да кажем, 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). Например газовете (CO 2 , O 2 ) дифундират.

Има и транспорт срещу концентрационен градиент, но с консумация на енергия.

Транспортът може да бъде пасивен и улеснен (когато се подпомага от някакъв превозвач). За мастноразтворимите вещества е възможна пасивна дифузия през клетъчната мембрана.

Има специални протеини, които правят мембраните пропускливи за захари и други водоразтворими вещества. Такива носители се свързват с транспортираните молекули и ги издърпват през мембраната. Ето как глюкозата се транспортира вътре в червените кръвни клетки.Благодарение на 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 ендоцитозата 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 капчици течност с разтворени в нея вещества). Механизмът на тези процеси е приблизително еднакъв. Абсорбираните вещества на повърхността на клетките са обградени от мембрана. Образува се везикула (фагоцитна или пиноцитна), която след това се премества в клетката.

Екзоцитозата е отстраняването на вещества от клетката (хормони, полизахариди, протеини, мазнини и др.) от цитоплазмената мембрана. Тези вещества се съдържат в мембранни везикули, които се приближават до клетъчната мембрана. Двете мембрани се сливат и съдържанието се появява извън клетката.

Цитоплазмената мембрана изпълнява рецепторна функция.За целта от външната му страна са разположени структури, които могат да разпознаят химичен или физически стимул. Някои от протеините, които проникват в плазмалемата, са свързани отвън с полизахаридни вериги (образуващи гликопротеини). Това са специфични молекулни 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 този случай каналите могат да се отворят и някои вещества могат да започнат да влизат или излизат от клетката.

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 потиска различни ензими на клетъчния метаболизъм.

Рецепторната функция на цитоплазмената мембрана включва и разпознаване 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 могат да бъдат прости (мембраните на различни клетки са съседни една на друга), заключващи (инвагинации на мембраната на една клетка в друга), десмозоми (когато мембраните са свързани чрез снопове от напречни влакна, които проникват в цитоплазмата). В допълнение, има вариант на междуклетъчни контакти, дължащи се на медиатори (посредници) - синапси. При тях сигналът се предава не само химически, но и електрически. Синапсите предават сигнали между нервни клетки, както и от нервна към мускулна.

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

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 са протеини, една четвърт е заета от фосфолипиди, а една десета е холестерол.

Клетъчна мембрана и нейните видове

Клетъчната мембрана е тънък филм, чиято основа е изградена от слоеве липопротеини и протеини.

Според локализацията се разграничават мембранните органели, които имат някои характеристики в растителните и животинските клетки:

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

Има също вътрешна и външна (плазмолема) клетъчна мембрана.

Структура 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 напълно (по цялата му дължина) - 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 извършва транспортирането на 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, представени в клетката от 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 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. важноима холестерол, съдържанието на последния определя вискозитета на плазмалемата.

Функции на външната клетъчна мембрана

Характеристиките на функциите са изброени накратко в таблицата:

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 плазмалемата разделят клетката на отделения (компартменти), отговорни за изпълнението на определени функции. Специално проектирани мембрани, съответстващи на флуидно-мозаичния модел, 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;
• контрол и установяване на обмен 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 тя е комбинация от два филма, които имат различни свойства.

Биологичната мембрана включва три вида протеини:

1. Периферни – разположени на повърхността на филма;
2. Интегрални – проникват напълно в мембраната;
3. Полуинтегрален - единият край прониква в билипидния слой.

Какви функции изпълнява клетъчната мембрана?

1. Клетъчната стена е издръжлива клетъчна мембрана, 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. Способен да предава и съхранява информация, а също така участва в процеса на възпроизвеждане.

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

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

6. С помощта на клетъчната мембрана, водата, кислорода и хранителни вещества, а чрез него се отстраняват продуктите от клетъчния метаболизъм.

7. Осъществява клетъчния метаболизъм чрез мембрани и може да ги извършва с помощта на 3 основни типа реакции: пиноцитоза, фагоцитоза, екзоцитоза.

8. Мембраната осигурява специфичността на междуклетъчните контакти.

9. Мембраната съдържа множество рецептори, които са способни да възприемат химични сигнали - медиатори, хормони и много други биологично активни вещества. Така че има силата да промени метаболитната активност на клетката.

10. Основни свойства и функции на клетъчната мембрана:

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

Каква функция изпълнява плазмената мембрана в клетката?

1. Ограничава съдържанието на клетката;
2. Осъществява навлизането на вещества 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 има хомогенен течен билипиден слой, а протеините го покриват от двете страни (като мозайка), частично прониквайки в дебелината. Протеините също са необходими на мембраната, за да пропускат специални вещества в и извън клетките, които не могат да проникнат през мастния слой. Например натриеви и калиеви йони.

• Това е интересно -

Клетъчен строеж - видео