Основни функции на мембраните. Функции на клетъчната мембрана

Клетъчната мембрана се нарича плазмалема или плазмена мембрана. Основните функции на клетъчната мембрана са поддържане целостта на клетката и свързване с външна среда.

Структура

Клетъчните мембрани се състоят от липопротеинови (мастно-протеинови) структури и имат дебелина 10 nm. Мембранните стени 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 течна мозаечна структура, състояща се от три слоя. Фосфолипидите образуват двата външни слоя. Те имат хидрофилна глава, от която излизат две хидрофобни опашки. Опашките са обърнати вътре в структурата, образувайки вътрешен слой. Когато холестеролът се включи във фосфолипидните опашки, мембраната става твърда.

ориз. 1. Структура на мембраната.

Между фосфолипидите са изградени гликолипиди, които изпълняват рецепторна функция и два вида протеини:

• 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.

Плазмалема 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 транспортира вещества.

Функции

Какви функции изпълнява? клетъчна 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 непрекъснато навлизат течни и твърди вещества. Излизат метаболитни продукти. 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 веществото (натриево-калиева помпа) се осъществява с помощта на протеинови структури, вградени в мембраната, и изисква енергия под формата на АТФ.

Средна оценка: 4.7. Общо получени оценки: 289.

Външната страна на 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 подредени последователно - перпендикулярно на повърхността, в два слоя, така че техните части, които интензивно взаимодействат с водата (хидрофилни), са насочени навън, а техните инертни към водата (хидрофобни) части 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 в обратна посока.

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-високи концентрации. Така за повечето клетки концентрацията на Na йони вътре е значително по-ниска, отколкото в среда. Обратното съотношение е типично за K йони: тяхната концентрация вътре в клетката е по-висока, отколкото извън нея. Следователно Na йоните винаги се стремят да проникнат в клетката, а K йоните винаги се стремят да излязат. 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.

Склонността 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 веществата се абсорбират и чрез фагоцитоза и пиноцитоза. При фагоцитозагъвкавата външна мембрана образува малка вдлъбнатина, в която попада уловената частица. Тази вдлъбнатина се увеличава и, заобиколена от част от външната мембрана, частицата се потапя в цитоплазмата на клетката. Феноменът на фагоцитозата е характерен за амебите и някои други протозои, както и за левкоцитите (фагоцитите). По подобен начин клетките абсорбират течности, съдържащи вещества, необходими за клетката. Това явление се наричаше пиноцитоза.

Външните мембрани на различните клетки се различават значително и в двете химически съставтехните белтъчини 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 голямо количествоиздатини, гънки, микровили. Те допринасят както за значително увеличаване на клетъчната повърхност и подобряване на метаболизма, така и за по-здрави връзки на отделните клетки една с друга.

Растителните клетки имат дебели мембрани от външната страна на клетъчната мембрана, ясно видими под оптичен микроскоп, състоящи се от влакна (целулоза). Те осигуряват силна опора растителни тъкани(дърво).

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

Функции на клетъчната мембрана (накратко)

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

В тази статия ще проучим структурата и функциите на външната клетъчна мембрана, включена в повърхностния апарат различни видовеклетки.

Какви функции изпълнява 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 метаболизма между клетъчното съдържание и тъканната течност, така че външната клетъчна мембрана транспортира молекули и йони, влизащи в цитоплазмата, и също така помага за отстраняването на отпадъците и излишните токсични вещества от клетката.

Структура на клетъчната мембрана

Мембрани или плазмени мембрани различни видовеклетките са много различни една от друга. 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 се използват за изграждане на тяхната 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 вирусна ДНК молекула преминава в получената дупка.

Характеристики на структурата на плазмената мембрана на еукариотите

Нека припомним, че външната клетъчна мембрана изпълнява функцията на транспорт, т.е. пренасяне на вещества в и извън нея във външната среда. За извършване на такъв процес е необходима специална структура. Всъщност плазмалемата е постоянна, универсална система от повърхностен апарат. Това е тънък (2-10 Nm), но доста плътен многослоен филм, който покрива цялата клетка. Неговата структура е изследвана през 1972 г. от учени като Д. Сингър и Г. Никълсън и 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 вградени 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 клетъчната цитоплазма и междуклетъчната течност.

Липидният слой е проникнат от големи протеинови молекули, които образуват хидрофилни пори. Именно чрез тях те се транспортират водни разтвориглюкоза и минерални соли. Някои протеинови молекули са разположени както отвън, така и от вътрешна повърхностплазмалеми. По този начин върху външната клетъчна мембрана в клетките на всички организми, които имат 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 функции, подобни 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, защита на цитоплазмата от чужди реагенти отвън. Може да образува мезозоми - структури, които възникват, когато плазмената мембрана се инвагинира в клетката. Те могат да съдържат ензими, участващи в метаболитни реакции на прокариоти, например репликация на ДНК и протеинов синтез.

Мезозомите също съдържат редокс ензими, а фотосинтезите 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 стените на външната клетъчна мембрана се образуват пори, които преминават в целулозния слой. Чрез тях цитоплазмата на клетката може да излезе навън;

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

Помощни образувания на плазмалемата

Разберете разликите 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 (слепване) между клетките, което води до образуването на тъкани, следователно участва в сигналната функция на плазмалемата - разпознаване на стимули от околната среда.

Как се осъществява 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 концентрационен 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 имат видова специфичност и при свързване с частица или йон ги пренасят пасивно през мембраната по концентрационен градиент без разход на енергия (пасивен транспорт). Този процес е в основата на такова свойство на плазмалемата като селективна пропускливост. По време на процеса енергията на АТФ молекулите не се използва и клетката я запазва 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 се движат от цитоплазмата във външната среда, а калиевите йони се изпомпват в цитоплазмата). На това са способни епителните клетки на червата и бъбреците. 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 процесите на пино- и фагоцитоза.

Биоелектрични процеси в клетъчните мембрани

Установено е, че има потенциална разлика между външната повърхност на плазмената мембрана (тя е положително заредена) и стенния слой на цитоплазмата, който е отрицателно зареден. Нарича се потенциал на покой и е присъщ на всички живи клетки. И нервната тъкан не само има потенциал за покой, но също така 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 пристенният 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.

Клетъчна мембрана- това е клетъчната мембрана, която изпълнява следните функции: разделяне на съдържанието на клетката и външната среда, селективен транспорт на вещества (обмен с външната за клетката среда), място на протичане на някои биохимични реакции, свързване на клетките в тъканите и рецепция.

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

Плазмените мембрани са липопротеинови структури. Липидите спонтанно образуват двуслой (двоен слой) и мембранните протеини „плуват“ в него. Мембраните съдържат няколко хиляди различни протеини: структурни, транспортни, ензимни 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 варират по дебелина, като обикновено варират от 5 до 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. В зависимост от външни условия(холестеролът е регулаторът) 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 ендоплазмен 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. Най-често срещаните липиди в мембраната са фосфолипиди (глицерофосфатиди), сфингомиелини (сфинголипиди), гликолипиди и холестерол.

Фосфолипидите, сфингомиелините, гликолипидите се състоят от две функционално различни части: хидрофобна неполярна, която не носи заряди - "опашки", състоящи се от мастни киселини, и хидрофилна, съдържаща заредени полярни "глави" - алкохолни групи (например, глицерол).

Хидрофобната част на молекулата обикновено се състои от две мастни киселини. Една от киселините е наситена, 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 по своя 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 така, че техните неполярни участъци са сякаш потопени в "мазнината" част на мембраната, където се намират хидрофобните участъци 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.