Клеточная мембрана

Что такое клеточная мембрана

 

 

Поддержание жизнедеятельности клетки и контроль за ее целостностью осуществляет защитная пленка. Изучение мембран, их функционирования необходим для понимания причин возникновения заболеваний и способах лечения. Глубокое изучение клеточных мембран позволит создавать лекарства, снизить смертность и отыскать механизмы борьбы с болезнями внутри организма человека.

Каждая клетка в организме находится в специальной защитной пленке, которая и называется клеточной мембраной. Она выполняет много функций, благодаря которым поддерживается процесс жизнедеятельности клетки.

 

 

 

Название пленка и мембрана это одно и тоже, заимствованное из мертвого языка – латыни. Фактически это сложная структура, состоящая из двух пленок, которые соединены и имеют ряд свойств. Самое главное – это защита содержимого внутри оболочки и обеспечение возможности доставления внутрь клетки питательных веществ. Мембрана отвечает за полноценное обеспечение связи клеток друг с другом, и с окружающей средой. Бислой сформирован из липидных молекул, большая часть из которых это фосфолипиды или сложные липиды. Липидная молекула состоит из гидрофильной головки и гидрофобного хвоста. Структура мембраны похожа у многих организмов.

Мембрана включает и разные белки:

  • интегральные (мембрана пронизана насквозь),
  • полуинтегральные (в липидный слой опущен только один из концов),
  • поверхностные (расположены вне клетки или внутри, но прилегают к мембране).

Функции клеточной мембраны

 

 

  1. Барьерная или защитная. Мембрана защищает содержимое клетки, создавая своеобразный барьер. Не позволяет проникать вредным веществам через стенки. Контролирует постоянство структуры клетки и оберегает от вредоносных молекул. При этом, в зависимости от ситуации, мембрана может вести себя активно или пассивно. Может проявлять активность в выборе или отторжении.
  2. Транспортная. Обеспечивает доставку полезных веществ внутрь клетки, происходит межклеточный обмен полезными веществами и поступает информация извне.
  3. Матричная. Мембрана строго разграничивает клетки,
  4. Механическая. Регулирует разграничение клеток между собой, поддерживает правильность их соединения. Здесь основная нагрузка ложится на стенки клетки. У животных активно принимает участие межклеточное вещество.
  5. Энергетическая. Через белок, содержащийся в клеточной мембране происходит процесс энергообмена.
  6. Рецепторная. Основную роль выполняют белки, которые выполняют роль рецепторов в клеточной мембране. Они отвечают за доставку сигналов в клетку от гормонов и нейромедиаторов. Это позволяет поддерживать стабильный гормональный фон и способствует беспрепятственному прохождению нервных импульсов.
  7. Ферментативная. Часть белков принимают участие в данной функции. Так, например, происходит синтез в эпителии кишечника.
  8. Маркировочная. Антиген. Присутствующий на мембране, действует как маркер-выделитель. Благодаря ему происходит распознавание клетки. Роль таких выделителей исполняют гликопротеины, играющие роль своеобразных антенн. У каждой клеточки свое обозначение, по которым происходит объединение в структуры или отторжение как чужеродных и вредных.

 

Клеточный обмен может происходить 3 способами

  1. Фагоцитоз. Обмен внутри клеток, главные участники которого – фагоциты. Они захватывают полезные вещества и перерабатывают их.
  2. Пиноцитоз. Здесь активной является сама мембранная клетка, которая специальными ловит капельку жидкости. Формируется небольшой пузырек, который постепенно втягивается в мембрану.
  3. Экзоцитоз. Прямо противоположный процесс, при котором из клетки уходит жидкость через стенки мембраны.

 

 

Свойства клеточной мембраны

Клеточные мембраны это не стабильные субстанции, а динамичные текучие образования. Молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями, поэтому они способны быстро передвигаться внутри мембраны. Динамичность мембран проявляется в их способности легко расширяться, сужаться, восстанавливаться после повреждений.

 

Мембраны у разных биологических видов разные. Прежде всего отличаются по химическому составу. Также отличаются по количеству белков, липидов, по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип индивидуален, что определено гликопротеинами, участвующими в распознании факторов внешней среды и узнавании родственных клеток.

 

В мембранах находятся рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки.

 

Одно из главных свойств мембраны – выборочная или направленная проницаемость. Благодаря этой способности молекулы и ионы проникают через пленку стенок с разной скоростью. Чем крупнее молекула, тем медленнее ее скорость проникновения. Самая большая проникающая способность у воды и растворенных в ней газах. Ионы проходят через мембрану с меньшей скоростью.

 

 

Строение клеточной мембраны

 

Клеточная мембрана состоит из липидов

  • Фосфолипиды (комбинация жиров и фосфора)
  • Гликолипиды (комбинация жиров и углеводов)
  • Холестерол

Фосфолипиды и гликолипиды состоят из гидрофильной головки и двух длинных гидрофобных хвостиков.

 

 Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

 

Внутри клеточной мембраны находятся разнообразные белки. Их окружают аннулярные липиды (структурированные жиры, оберегают белок и помогают ему функционировать).

 

 

Состав клеточной мембраны

 

В мембране имеется три слоя, главным из которых является однородный жидкий билипидный слой. Окружают его белки, благодаря которым обеспечивается проницаемость клеточных мембран. Фосфолипиды – фундамент мембраны, составляет до 90% от общего количества липидов.

 

Для проникновения сквозь мембрану таких веществ как калий и натрий, существуют специальные ионные каналы клеточных мембран.

 

 

Белки клеточной мембраны

 

Для клетки жизненно важно взаимодействовать как с соседними клетками, так и с окружающим миром. Некоторые микроскопические молекулы или потоки света беспрепятственно проникают сквозь мембрану, взаимодействуя с белками напрямую. При этом в клетке запускаются химические реакции выработки новых белков или появляется новая программа жизнедеятельности клетки. Пример ответных реакций это: деление клетки, выделять ферменты или гормоны. Клетка может запустить механизм самоуничтожения. Принцип у всех один – внутриклеточный запуск каскада превращений химических реакций.

 

Чтобы клетка могла функционировать продолжительное время, в нее должны поступать питательные вещества извне. Сигналы, достигающие внутриклеточного пространства, должны правильно обрабатываться и выдавать ответную реакцию. Для этого на поверхности мембраны есть специальные рецепторы: ионные каналы, порины, транспортеры, молекулярные моторы, структурные белки.

 

Появление гормонов или сигнальных молекул снаружи клетки вызывает в рецепторных белках сигнал. Самый яркий представитель – рецептор инсулина, который отвечает за снабжение клетки глюкозой. Транспорт ионов происходит через ионные каналы, которые поддерживают разницу в их концентрации между наружной средой и внутренней. Натриевые и калевые каналы отвечают за передачу нервного импульса. Порины и транспортеры отвечают за перенос воды и определенных молекул сквозь мембрану. Структурные белки поддерживают структуру мембраны и взаимодействуют с остальными белками.

 

Кроме всего прочего есть еще внутриклеточные пути передачи сигналов при помощи каскадов реакций.

 

 

Цитоплазма и клеточная мембрана

 

Цитоплазма – это часть клетки, которая находится между плазматической мембраной и ядром. Выделяют составляющие:

  • гиалоплазму (основа цитоплазмы),
  • органоиды (постоянные составляющие)
  • включения (временные составляющие).

 

 

Химический состав цитоплазмы

 

 

До 90% занимает вода, остальное – всевозможные соединения органики и неорганических веществ. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Отличительная особенность цитоплазмы – циклоз или постоянное движение. Заметить это можно по перемещению внутри клетки хлоропластов. Жизнедеятельность клетки напрямую зависит от движения цитоплазмы. Прекращение движения ведет к гибели клетки, прекращению ее жизнедеятельности.

 

Гиалоплазма или цитозоль – коллоидный раствор, который не имеет цвета. По составу напоминает густую слизь. В этой жидкости протекают процессы, которые обеспечивают обменные процессы веществ. Благодаря цитозоли осуществляется связь между ядром и всеми органоидами

.

В свою очередь подразделяется на две формы, которые способны менять свое физическое состояние.

  • золь – разжиженная,
  • гель – тягучая.

 

Цитоплазма объединяет все внутренние составляющие клетки в единое целое. Ее среда — это место где протекают физиологические и биохимические клеточные процессы. Цитоплазма отвечает за жизнедеятельность и функционирование органоидов.

 

 

Проницаемость клеточных мембран

 

Проницаемость – это важнейшая функция защитного слоя клетки. Благодаря ей происходит движение внутрь и извне клетки многих метаболитов. Постоянно поддерживается форма клетки, баланс в ней веществ, осуществляется проведение нервного импульса, поддерживается жизнеспособность клетки.

 

Низкомолекулярные жирорастворимые вещества, такие как глицерин, спирты, мочевина могут беспрепятственно самостоятельно проникать через мембранную оболочку. Это лишь малая часть переносимых веществ, называется простая диффузия. Сложное перемещение называется транслокация и невозможно без дополнительных транспортных систем.

 

Есть предположение, что системы-переносчики состоят из белков или липопротеидов, а также ряд других компонентов. Переносчик или система сначала связывает переносимое вещество, а потом доставляет его через мембрану внутрь клетки. Выделяют также неподвижных переносчиков, которые не перемещаются внутри мембранной оболочки, а являются своеобразным туннелем или каналом. Выделяют также и вторичную транслокацию – переносчик осуществляет связь с переносимым веществом путем невалентных взаимодействий. Выделяют 3 вида:

 

  1. Облегченная диффузия (унипорт) – механизм переноса не зависит от переноса веществ в клетку или из нее. Этим способом переносится глюкоза в эритроциты.
  2. Котранспоорт (симпорт) – совместный транспорт двух или более веществ в одном направлении.
  3. Противотранспорт – доставка веществ в одном направлении соотносится с движением других частиц в противоположном направлении. Для этого вида транспорта требуется много энергии, которая образуется за счет сопряжения вторичной транслокации с ферментативными реакциями разрыва или образования химических связей.

Липиды клеточных мембран

 

 

Клеточная мембрана состоит из белков и липидов, основу которых составляют фосфолипиды. Фосфолипиды занимают значительную часть — 40-90% всех липидов в мембранной оболочке.

 

Липиды – это амфипатические молекулы, самостоятельно формирующие бислои.

 

Липиды имеют особенность: растворяются только в растворителях на органической основе и совсем не подвержены растворению в воде. Клеточная мембрана имеет несколько видов липидов: фосфолипиды, холестерол, гликолипиды.

 

Строение клеточной мембраны до конца не изучено. Происходит постоянное изучение и составление моделей состава мембраны. В одной – мембрана характеризуется как липидный двойной слой. В этом слое углеводородные хвосты липидов за счет гидрофобных взаимодействий удерживаются друг возле друга в вытянутом состоянии во внутренней полости, образуя двойной углеводородный слой. Полярные группы липидов находятся на внешней поверхности бислоя.

 

Изучение клеточных мембран перспективное направление в науке. Возможно, с полным пониманием механизмов, происходящих внутри клетки, позволит продлить жизнь. Может быть удастся найти ключик к долголетию.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика