Химический состав и молекулярная организация клеточных мембран

Клеточная мембрана

Общая характеристика клеточных мембран. Все клетки сформированы системой мембран (от лат. Мембрана - кожица, пленка), обеспечивающих взаимодействие клеток между собой и с окружающей средой.

Клетки эукариот окружены плазматической мембраной. Внутренняя среда эукариотической клетки разделены на отдельные функциональные участки - компартменты. Считают, что такое разделение обусловлено потребностью в системе вспомогательных мембран, поскольку одной цитоплазматической мембраны недостаточно для размещения всех клеточных структур, связанных с мембранами (ферментов, рибосом, пиг-ментов и т.д.). формированием и передачей возбуждения, преобразованием энергии, явлениями иммунитета и другими проявлениями жизнедеятельности клеток, органов и организма в целом.

Химический состав мембран. С помощью световой и электронной микроскопии в клетках выявлены разнообразные мембранные структуры. Все они имеют сходный химический состав и принцип организации, но в зависимости от типа мембран и их функций соотношение химических компонентов и детали строения могут отличаться.

Мембраны состоят из липидов, белков и углеводов (рис.16). Липиды составляют в среднем 40% сухой массы мембран. Среди них преобладают фосфолипиды (до 80%).

Основным функциональным компонентом биологических мембран являются белки. Но только образовав прочные комплексы с липидами, они способны проявлять активность.

Поверхностные белки (около 30% от общего количества мембранных белков) размещены на наружной и внутренней поверхностях мембран и связанные с последними электрическими силами непосредственно или через двухвалентные катионы, преимущественно Са2 + и Mg2 +. Они легко отделяются от мембран после разрушения клеток.

Внутренние белки (почти 70% общего количества мембранных белков) погружены в двойной слой липидов на разную глубину, а в некоторых случаях пересекают мембрану насквозь. Такие белки связывают обе поверхности мембраны.

Углеводы входят в состав мембран не самостоятельно, а образуют комплексы с белками или липидами.

Организация биологических мембран. Сейчас общепринятой является модель растворимо-мозаичной строения мембран (рис.16). Такое название произошло от того факта, что около 30% липидов тесно связаны с внутренними белками, а остальное - находится в жидком состоянии, где «плавают» липопротеиды. Молекулы липидов размещены в виде двойного слоя, их полярные гидрофильные «головки» обращены к внешней и внутренней сторон мембран, а гидрофобные неполярные «хвосты» - внутрь.

Если посмотреть на мембрану сверху, то она напоминает мозаику, созданную полярными «головками» липидов, поверхностными и внутренними белками. Толщина мембран варьирует в довольно широких пределах в зависимости от их типа. Мембраны клеток эукариот и прокариот сходны по строению.

Между молекулами белков или их частями часто существуют поры (канальцы), заполненные водой. Молекулы, входящие в состав мембран, способные перемещаться, благодаря чему мембраны быстро возобновляются за незначительных повреждений, образуются над оголенными участками цитоплазмы, могут легко сливаться друг с другом, растягиваться и сжиматься, например, при движении клеток или изменения их формы.

Плазматическая мембрана и ее функции. Плазматическая мембрана ограничивает цитоплазму и защищает ее от воздействий окружающей среды, участвует в процессах обмена с окружающей средой. Она образует выросты, вгины, морщины, микроворсинки, «которые намного увеличивывается.

В биологических мембранах происходят процессы, связанные с восприятием и передачей информации, поступающей из окружающей среды, шують внешнюю и внутреннюю поверхности клетки. В плазматической мембране расположены некоторые ферменты, необходимые для обмена веществ.

Плазматическая мембрана толщиной 6-10 нм. Она волнообразно двигается, способствуя перемещению макромолекул. Ее поверхность неоднородна, отличные также физиологические свойства различных участков. Плазматическая мембрана определяет размеры клеток, она прочная и эластичная.

Соединения и ионы, необходимые для жизнедеятельности клетки, а также продукты обмена, пересекают мембрану посредством диффузии, активного или пассивного транспорта, а также через отверстия (поры) в ней.

Диффузия - это процесс, при котором вещества проникают сквозь мембрану через определенные участки или времени вследствие хаотического теплового движения молекул без затраты энергии (благодаря разнице в концентрации вещества снаружи и внутри клетки) по градиенту концентрации. Диффузия различных веществ через плазматическую мембрану зависит от ее проницаемости для них.

Избирательность проникновения веществ через мембраны обеспечивает процесс пассивного транспорта. За него, как и за диффузии, вещества перемещаются благодаря градиенту концентрации почти без затрат энергии. Существует несколько механизмов пассивного транспорта:

- Транспорт веществ с участием подвижных белков-переносчиков, которые на одной поверхности мембраны присоединяют транспортируемую вещество, а на другой она освобождается; тозу выполняют защитную функцию (например, лимфоциты хордовых). Явление фагоцитоза открыл выдающийся украинский ученый 1.1. Мечников в 1882 году.

Процесс фагоцитоза происходит в несколько этапов. Сначала клетка сближается с объектом, который имеет захватить. Во время их непосредственного контакта плазматическая мембрана обволакивает объект и проталкивает его в цитоплазму. Так образуется фагосомы (например, пищеварительная вакуоль) - пузырек, покрытый мембраной. В нее поступают лизосомы, содержащие гидролитические ферменты, которые переваривают объект, непереваренные остатки впоследствии выводятся из клетки.

Пиноцитоз (от греч. Пено - пью, впитываю) - захват и поглощение клеткой жидкости вместе с растворенными в них соединениями. Процесс пиноцитоза подобен фагоцитоза, но происходит преимущественно благодаря вгинанню мембраны. Пиноцитоз наблюдают у клеток различных организмов.

Только поглощением веществ и их выделением из клетки функции плазматической мембраны не ограничиваются. Мембранам свойственна ферментная активность: на них содержатся некоторые ферменты, участвующие в регуляции обмена веществ и энергии. Определенные мембранные белки - антитела - выполняют защитную функцию, поскольку способны связывать антигены (микроорганизмы и вещества, которые клетка воспринимает как чужеродные) и тем самым предотвращать их проникновение в клетки. Поэтому плазматическая мембрана является еще и одним из звеньев в осуществлении иммунитета. В плазматическую мембрану встроены белки, способные в ответ на воздействие различных факторов внешней среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигнал в клетку (сигнальные белки). Итак, плазматическая мембрана обеспечивает раздражимость организмов (способность воспринимать раздражители и соответствующим образом реагировать на них), осуществляет обмен информацией между клеткой и окружающей средой.

Важная роль мембраны в взаимопревращения различных форм энергии: механической (например, движение жгутиков, ресничек), электрической (формирование нервного импульса), химической (синтез АТФ).

Плазматические мембраны обеспечивают межклеточные контакты у многоклеточных организмов. Так, в месте соединения двух животных клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают сцеплению особой прочности. Клетки растений соединяются между собой благодаря образованию микроскопических межклеточных канальцев, укрытых мембраной и заполненных цитоплазмой. Плазматические мембраны участвуют в росте, делении клеток и т.п.

Выводы.

Биологические мембраны является непременным структурным компонентом любой клетки. Они отделяют ее от внешней среды, а в эукариотических клетках еще и разделяют их внутреннюю среду на функциональные ячейки - компартменты. Мембраны состоят из липидов, белков, углеводов и их соединений.

Плазматическая мембрана ограничивает внутреннюю среду клетки и выполняет разнообразные функции: барьерную, регулирует транспорт веществ в клетку и из нее, воспринимает раздражители внешней среды, передает их в клетку, участвует в формировании защитных реакций (иммунитета), обеспечивает контакты между клетками многоклеточных организмов .

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+