Содержание

Мембраны плазматическая — Справочник химика 21

    Развитие радиоизотопных методов позволило получить точные количественные данные о скоростях обновления в организмах биологически активных соединений. Было показано, что клетка много раз обновляет свой состав за время своего существования. Особенно интересно, что скорость замены той или иной составной части макроструктуры (например, мембраны) зависит от химической природы этой части и скорости переноса ее от места синтеза к месту функционирования высокая степень кинетической согласованности обеспечивает сохранение всей макроструктуры. Время полужизни ядерных белков около 120 ч, белков плазматической мембраны —50, фосфолипидов — от 15 до 80, холестерина от 24 до 140, цитохрома (65) —около 100 ч и т. д. [c.347]
    Описанные модели носят общий характер, и основанием для них послужили данные, полученные на мембранах самой различной природы, что нельзя считать правомерным.
Проверка унитарной модели мембран, а также другие многочисленные экспериментальные данные показали, что биологические мембраны очень сильно отличаются как по химическому составу, так и по форме, размерам, структурной организации и биологическим функциям. Поэтому целесообразно моделировать мембраны соответственно их функциям (например, мембраны плазматические, митохондриальные, ядерные и т. п.), с последующей экспериментальной проверкой именно этих конкретных моделей. [c.38]

    Плазматическая мембрана клеток растений — это полупроницаемая мембрана. Жидкость внутри клетки создает осмотическое давление. На рис. 9.8 показано, что происходит, когда клетка растения попадает в растворы с различными осмотическими давлениями. Осмос жизненно необходим для существования растений, поскольку благодаря ему корни растения получают воду. [c.203]

    Возможно также, что имеет место кооперативный процесс передачи сигнала от одной из молекул родопсина на другой белок, находящийся на некотором расстоянии и контролирующий проницаемость мембраны.

Можно даже допустить, что кооперативный процесс развивается настолько широко, что вдоль мембраны диска распространяется какой-то реальный физический сигнал, достигающий края диска и приводящий к генерации определенного химического сигнала вблизи плазматической мембраны. [c.67]

    Тонкая ( 8 нм) наружная клеточная мембрана — плазмалемма (рис. 1-4)—регулирует поток веществ в клетку и из клетки, проводит импульсы в нервных и мышечных волокнах, а также участвует в химических взаимодействиях с другими клетками. Складки наружной мембраны нередко вдаются глубоко внутрь клетки, в цитоплазму так, на—Пример, в клетках поперечнополосатых мышц они образуют трубочки Т-системы, которая участвует в проведении возбуждения, инициирующего процесс сокращения (гл. 4). Складки плазматической мембраны могут соединяться с ядерной оболочкой, создавая прямые каналы (один или несколько) между внеклеточной средой и перинуклеарным пространством [12]. 

[c.29]

    В последней фазе деления клетки — телофазе, во время которой воК руг каждого набора дочерних хромосом образуются новые ядерные оболочки, клетка либо делится на две, либо (в случае растений) в центре клетки образуются новые плазматические мембраны и клеточная стенка.[c.265]

    РИС. 5-8. Строение клеточной оболочки бактерий. Схема плазматической мембраны и стенки грамотрицательной бактерии (см. S haitman С., J Ba teriol., 108, 553—563, [c.388]

    Как происходит высвобождение нейромедиатора Путем изучения миниатюрных потенциалов концевых пластинок удалось установить, что высвобождение медиатора идет квантами , т. е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. Миниатюрные потенциалы представляют собой флуктуации постсинаптического потенциала, наблюдаемые при слабой стимуляции пресинаптического нейрона. Эти флуктуации соответствуют случайному высвобождению медиатора из отдельных синаптических пузырьков [42]. В нормальных условиях под влиянием сильного импульса выделяется примерно 100—200 квантов медиатора — количество, достаточное для инициирования потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Какие химические процессы стимулируют высвобождение нейромедиатора Видимо, деполяризация мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов кальция в клетку [43, 44].

Временное увеличение внутриклеточной концентрации Са + стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс высвобождения их содержимого. Для выброса содержимого одного пузырька требуется примерно четыре нона кальция. Синаптические пузырьки покрыты оболочкой, напоминающей по структуре решетку и образованной одним белком — клатрином (мол. вес. 180 000). Каково значение этой оболочки, пока еще неясно. 
[c.331]


    Микросомы (термин, часто встречающийся в биохимической литературе) — это мелкие частицы диаметром 50—150 нм, которые представляют собой фрагменты в основном ЭР и частично плазматической мембраны. Микросомы образуются в процессе растирания или гомогенизации клеток. При центрифугировании разрушенных клеток сначала оседают ядра и другие крупные фрагменты, затем — митохондрии. При очень высоких скоростях (например, при 100 000 ) оседают микросомы (их масса составляет 10 —10 дальтон). На электронных микрофотографиях видно, что в микросомах фрагменты мембран замыкаются с образованием небольших мешочков, на наружной поверхности которых сохраняются рибосомы  
[c.33]

    РИС. 1-11. г. Ультратонкий срез перегородчатого контакта того же типа, что и на рис. В. Плазматические мембраны двух клеток соединяются с помощью электроноплотных пластин, или перегородок, регулярно расположенных в межклеточном пространстве. Обратите внимание на аппарат Гольджи в нижней части снимка [44]. [c.57]

    РИС 4-25. А. Схематическое изображение саркомера поперечнополосатой мышцы Б Схема взаимодействия между миозином и связанным с мембраной актином, приводящего к направленному движению в немышечных клетках На схеме показано, как связанный с мембраной пузырек перетягивается в направлении другой мембраны, например плазматической. Существенной особенностью этой модели является биполярная природа миозиновых агрегатов [98] [c.326]

    Другие тейхоевые кислоты ковалентно связаны с гликолипидами (например, с олигосахаридом, присоединенным гликозидной связью к диглицериду), входящими в состав плазматической мембраны [111].

[c.395]

    Особенность такого подхода в том, что В1 деление индивидуальных компонентов белково-липидной природы необязательно. О перспективности такого подхода свидетельствуют успешные попытки интеграции с искусственными мембранами различных типов возбудимых мембран аксональной мембраны, плазматической мембраны неисчерченных мышечных клеток, а также саркоплазматического ретикулума, мембран эритроцитов и др. [c.289]

    Клеточный сок растений характеризз ется осмотическим давление.м от 5 до 10 атм. Солончаковые почвы развивают ос.мотическое давление 12,5 атм, а чернозем — всего лишь 2,5 атм. Плазматическая мембрана клеток играет роль полупроницаемой мембраны. Поскольку солончаковая почва содержит более концентрированные растворы солей (имеет большое осмотическое давление), то вода покидает клетки растения. В результате цитоплазма клетки отслаивается, а растение погибает. На черноземе картина иная — вода из почвы поступает в клетку и разбавляет теперь уже более концентрированный раствор в клетке.

Растение хорошо впитывает влагу и развивается. Однако, если испарение и расход влаги недостаточны (длительное время стоит сырая и холодная погода), то при избытке влаги клетка растения может лопнуть. [c.227]

    Каков возможный механизм инициации нервного импульса последовательностью реакций, приведенных на схеме (13-35) Проще всего предположить, что коиформационное изменение в молекуле ретиналя в процессе изомеризации 11-г Ыс-ретиналя в полностью гранс-ретиналь [схема (13-34)] индуцирует изменение конформации белка, что приводит к появлению у последнего ферментативной активности. Ферментом, инициирующим каскад химических превращений, кульминацией которых является нервный импульс, мог бы быть метародопсин П, но в пользу этого предположения нет никаких экспериментальных данных. Не исключено, что индуцированные конформационные изменения в молекуле белка открывают канал в мембране диска и какое-то вещество диффундирует по этому каналу наружу. В качестве возможного кандидата на роль указанного вещества все чаще рассматривается Са +.

Расстояние от мембран дисков до плазматической мембраны палочки таково, что высвободившееся вещество успеет достичь плазматической мембраны (где и возбуждается нервный импульс) за счет диффузии. [c.66]

    Способность к образованию замкнутых структур присуща, по-види-Мому, фрагментам любых мембран. Так, при гомогенизации нервных клеток из их синаптических окончаний образуются замкнутые структуры— синаптосомы. Правда, последние формируются из фрагментов плазматической мембраны, а не ЭР и часто содержат митохондрии. 

[c.33]

    Поперечнополосатые мышцы состоят из пучков длинных нитей (волокон) диаметром 10—100 мкм, которые образуются обычно в результате слияния большого числа эмбриональных клеток. Длина таких волокон у млекопитаюш,их составляет, как правило, 2—3 см, однако иногда достигает 50 см. Каждое волокно можно рассматривать как клетку, содержаш.ую до 100—200 ядер. В клетках присутствуют обычные клеточные органеллы, имеюш.ие, однако, специальные названия. Например, плазматическая мембрана (плазмалемма) мышечных клеток (волокон) носит название сарколеммы их цитоплазма называется саркоплазмой, а митохондрии — саркосомами. [c.318]

    Мембраны выполняют в клетке большое число функций. Наиболее очевидной из них является разделение внутриклеточного пространства на компартменты. Плазматические мембраны, например, ограничивают содержимое клетки, а митохондриальные — отделяют митохондриальные ферменты и метаболиты от цитоплазматических. Полупроницае-мость мембран и позволяет им регулировать проникновение внутрь клеток и клеточных органелл как ионов, так и незаряженных соединений. Проникновение многих из них внутрь клетки осуществляется против градиента концентрации. Таким образом, в процессе, известном под названием активный транспорт, совершается осмотическая работа. Протекающий в мембранных структурах бактерий и митохондрий процесс окислительного фосфорилирования служит источником энергии для организма. В хлоропластах зеленых листьев имеются мембраны с очень большим числом складок, которые содержат хлорофилл, обладающий способностью поглощать солнечную энергию.

Тонкие мембраны клеток глаза содержат фоторецепторные белки, воспринимающие световые сигналы, а мембраны нервных клеток осуществляют передачу электрических импульсов. [c.337]


    Значительная часть наш их знаний о мембранах сложилась благодаря интенсивным многолетним исследованиям, проведенным на мембранах определенных типов. К их числу относятся следующие 1. Мие-линовая оболочка, состоящая из плазматических мембран, образуемых шванновскими клетками, которые прилежат ко многим нейронам. Шванновские клетки как бы наматываются на аксоны нейронов, причем цитоплазма из них выдавливается и образуются тонкие, но плотно упакованные мембранные слои, окружающие аксоны и служащие для них прекрасным изолятором . Из всех известных мембран миели-новые обладают наибольшей устойчивостью и содержат наибольшее количество липидов (80%). 2. Плазматические мембраны эритроцитов человека, которые могут быть получены путем осмотического шока этих клеток. Образующиеся при этом тени эритроцитов содержат около 1 % сухого вещества клетки по сравнению с другими мембранами они изучены, пожалуй, наиболее полно. 3. Мембраны б актерий, и в первую очередь Е. oli. 4. Наружный членик рецепторных клеток сет- [c.337]

    При электрофорезе белков плазматических мембран в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (гл. 2, разд. 3.6) получают от 1 до 6 четко выраженных полос и, как минимум, еще 35 менее интенсивных полос, соответствующих мол. весам в интервале от 10 000 до 360 000 [28]. Однако некоторые очень важные мембранные белки, апример (Na+-f К+)-зависимая АТРаза (разд. Б.2.в), присутствуют в столь незначительных количествах (в одном эритроците их содержится всего несколько сотен молекул [3, За]), что эти белки не удается идентифицировать на электрофореграмме. Митохондриальные мембраны могут иметь еще более сложный состав, чем плазматические, тогда как состав миелина несколько проще. [c.352]

    Изучение фотографических изображений клетки, полученных прн помощи микроскопа в разные моменты времени, позволили увидеть, что плазматическая мембрана, так же как и митохондрии и другие органеллы, постоянно находится в движении. Митохондрии скручиваются и поворачиваются, а поверхность мембраны постоянно совершает волнообразные движения. Пузырьки освобождают свое содержимое в окружающую среду, выводя его из клеток, а перенос веществ внутрь клетки осуществляется за счет процесса эндоцитоза (гл. 1, разд. Б.4). При помощи химических методов было показано также, что составляющие мембраны вещества транспортируются из эндоплаз1матического ретикулума в пузырьки аппарата Гольджи, в экскреторные гранулы и в плазматическую мембрану. Важным этапом биосинтетических процессов, протекающих в клетке, является присоединение углеводных (гликозильных) остатков к молекулам белка с образованием гликопротеидов и гликолипидов. Ферменты, катализирующие эти реакции, — гликозилтрансферазы (гл. 12)-—обнаружены в эндоплазматическом ретикулуме и в пузырьках а1ппарата Гольджи. Эти ферменты катализируют присоединение углеводных единиц (по одной в каждом акте реакции) к определенным местам молекул белков, липидов и других соединений, экскретируемых из клеток. Другие ферменты катализируют присоединение сульфатных и ацетильных групп к углеводным фрагментам молекул глико Протеидов. [c.356]

    Гликопротеиды и гликолипиды наружной поверхности плазматической мембраны также, по-видимому, образуются в эндоплазматическом ретикулуме и в пузырьках аппарата Гольджи. Эти компоненты мембран должны транспортироваться из внутренней части клетки в плазматическую мембрану. В процессе транспорта вновь синтезируемые соединения подходят к внутренней стороне мембраны, где ферменты, находящиеся в пузырьках, осуществляют присоединение гликозильных фрагментов и другие лревращения. Если описанная картина верна, то [c.356]

    Рассмотренные выше факты привели к концепции, предполагающей, что ( а++К+)-зависимая АТРаза и является, по существу, мембранным ионным нашсом. Для активации фер ментной системы ионы К+ и №+ должны находиться по разные стороны от мембраны. Вместе с тем очищенный фермент должен гидролизовать АТР в пробирке в присутствии Na++K++Mg2+. Этот бетокудалосьвыделитьвочищенном виде [53—56]. При гель-электрофорезе в присутствии додецилсульфата натрия очищенная (На++К+)-зависимая АТРаза разделяется на две субъединицы. Большая из них представляет собой полипептидную цепь с мол. весом — 95 000—100 000, а меньшая является гликопротеидом с мол. весом 50 000. Антитела к изолированной большой субъединице связываются с фрагментами мембран, принадлежащими, по-видимому, участкам внутренней поверхности плазматической мембраны [57]. Логично предположить, что гликопротеидная субъединица фермента расположена на наружной поверхности мембраны. [c.362]

    Характерная функция ионов Са + у живых существ состоит в способности активировать различные метаболические процессы. Это происходит при резких -изменениях проницаемости плазматических мембран или мембран эндоплазматического ретикулума, в результате которых становится возможной диффузия ионов Са + в цитоплазму. Так, например, при сокращении мышцы в результате освобождения ионов Са + из эндоплазматич0окого ретикулума его концентрация увеличивается приблизительно от 0,1 до 10 мкМ . Связывание ионов Са + с тропонином С инициирует сокращение (гл. 4, разд. Е.1) . Мембраны эндоплазматического ретикулума мышечного волокна содержат большое количество белка кальциевого пасоса, а также ряд белков, связывающих кальций (гл. 4, разд. В.8.в) . Один из Са +нсвязывающих белков мышцы кролика, кальсеквестрин (мол. вес 46 500), способен связывать до 43 молей Са + на моль белка»  [c.373]

    Плазматическая мембрана бактериальных клеток (кроме микоплазм) окружена многослойной стенкой, которая может быть отделена от. мембраны узким периплазматическим пространством. Толщина зтого пространства, которая зависит от осмотического давления среды, в обычных условиях очень мала. Самый внутренний слой стенки (рис. 5-8) состоит из пептидогликана, или муреина. Основу пептидо-гликана составляет полимер, построенный из чередующихся остатков [c.388]

    Некоторые организмы, особенно бактерии, получают энергию nyrew окисления Нг, h3S или Fe +, а не окисления органических субстратов Кроме того, некоторым специализированным бактериям свойственно-анаэробное дыхание, при котором NO 3, SO или СО2 являются окислителями либо восстановленных переносчиков, либо восстановленных неорганических соединений. В этой главе мы рассмотрим эти процессы,, поставляющие энергию, а также химию реакций, в результате которых атомы кислорода из молекулы О2 входят в органические соединения Происходящие в клетках окислительные процессы исследовать довольно трудно главным образом потому, что соответствующие ферменты в клетке расположены на мембранах или внутри мембран. Б бактериях эти ферменты расположены на внутренней стороне плазматической мембраны или на мембранах мезосом. У эукариот эти ферменты находятся во внутренней мембране митохондрий и в меньшей степени в мембранах эндоплазматического ретикулума. Особенно много неудач было связано с изучением окислительного фосфорилирования (стр. 391). Большие трудности вызвало выделение участвующих в процессе компонентов, но еще труднее оказалось снова собрать эти Компоненты в активно функционирующую систему. [c.361]

    Как и наружная плазматическая клеточная мембрана, внутренняя митохондриальная мембрана отличается высокой избирательностью. Некоторые неионизированные вещества легко проходят через нее, тогда как транспорт ионных веществ, включая анионы дикарбоновых и трикарбоновых кислот, находится под жестким контролем. В некоторых случаях анионы перемещаются в результате энергозависимого активного транспорта . В других случаях анион может пройти внутрь лишь в обмен на другой анион, выходящий наружу. Во всех этих случаях необходимо участие специфических транслоцирующих белков-переносчиков (гл. 5, разд, Б,2). [c.423]


Презентация на тему: Плазматическая мембрана

(плазмалемма, цитолемма, внешняя клеточная мембрана)

•Все клетки эукариотических организмов имеют пограничную мембрану –

плазмалемму.

•Плазмалемма играет роль полупроницаемого селективного барьера, и

•с одной стороны, отделяет цитоплазму от окружающей клетку среды,

•а с другой – обеспечивает её связь с этой средой.

Функции плазмалеммы

•поддержание формы клетки;

•регуляция переноса веществ и частиц в цитоплазму и из неё;

•распознавание данной клеткой других клеток и межклеточного вещества, прикрепление к ним;

•установление межклеточных контактов и передача информации от одной клетки к другой;

•взаимодействие с сигнальными молекулами (гормоны, медиаторы, цитокины) в связи с наличием на поверхности плазмалеммы специфических рецепторов к ним;

•осуществление движения клетки благодаря связи плазмалеммы с сократимыми элементами цитоскелета.

Ф У Н К Ц И И М Е М Б Р А Н Ы

Барьерная функция. Поверхностная мембрана отграничивает цитоплазму от межклеточной жидкости, а большинство внутриклеточных мембран – митохондрий, ядра, эндоплазматической сети – от цитоплазмы. Внутриклеточные мембраны – это полупроницаемые барьеры. Большинство из них свободно пропускают растворитель (воду), низкомолекулярные вещества и ионы. Для крупномолекулярных веществ клетка использует более сложные формы переноса (микровезикулярный, ионный обменник и

др. ).

Транспортная функция. Она связана с метаболизмом, возбуждением и проведением нервного импульса. Транспорт в клетку и из нее биологически

активных веществ и в том числе – лекарственных препаратов. Рецепторная функция. Биологические мембраны имеют набор

молекулярных рецепторов, участвующих в специфическом узнавании

химических и физических факторов, действующих на клетку.

Генерация электрических потенциалов. Нервная, мышечная и железистая ткани обладают возбудимостью и в ответ на воздействие внешней и внутренней среды способны генерировать электрический потенциал, в возникновении которого мембрана клеток этих тканей играет первостепенную роль.

СТРУКТУРА ПЛАЗМАЛЕММЫ

Молекулярное

строение

плазмолеммы:

жидкостно- мозаичная модель —

липидный бислой, в который погружены молекулы белков.

Толщина плазмалеммы

варьирует от 7,5

до 10 нм.

Строение клеточной мембраны (схема).

1 — липиды; 2 — гидрофобная зона бислоя липидных молекул; 3 — интегральные белки мембраны; 4 — полисахариды гликокаликса.

Ультраструктура биологической мембраны.

•Липидный бислой представлен преимущественно молекулами фосфолипидов состоящими из двух длинных неполярных (гидрофобных) цепей жирных кислот и полярной (гидрофильной) головки.

•В мембране гидрофобные цепи обращены внутрь бислоя, а гидрофильные головки – кнаружи.

Гипотетическое строение ионного канала натриевого или калиевого типа. Канал — белковая макромолекула, образующая пару в двухслойной липидной мембране. В поре имеются узкий селективный фильтр вблизи наружной поверхности мембраны и воротное устройство вблизи ее внутренней поверхности. Сенсор напряжения, расположенный в липидном слое, движется под влиянием внутримембранного поля и управляет открытием ворот

Химический состав

плазмолеммы:

липиды:

•фосфолипиды

•сфинголипиды

•холестерин

белки олигосахариды,

ковалентно связанные с

некоторыми из этих липидов

и белков

(гликопротеины и гликолипиды)

Белки мембран

•Мембранные белки составляют более 50% массы мембран. Они удерживаются в липидном бислое за счет гидрофобных взаимодействий с молекулами липидов.

Белки обеспечивают

специфические свойства

мембраны и играют различную биологическую роль:

•структурных молекул

•ферментов

•переносчиков

•рецепторов.

Клеточная мембрана

Каждая клетка окружена плазматической мембраной, или плазмалеммой. С ней могут быть соединены внутри- и внеклеточные структуры. Вместе с мембраной они называются поверхностным аппаратом клетки. Содержимое эукариотических клеток делится внутренними мембранами на функциональные участки. Так, в клетках выделяют ядро ​​и цитоплазму. Цитоплазма, в свою очередь, содержит полужидкую основу и более компактные образования — органеллы и включения.

Эукариоты, или ядерные, — домен живых организмов, клетки которых содержат ядро. Все живые организмы, кроме безъядерных бактерий и архей (называемых прокариотами), являются ядерными. Исключением являются вирусы и вироиды, которые не являются ни прокариотами, ни эукариотами; более того, вопрос, считать ли вирусы живыми организмами, не имеет научно обоснованного ответа на сегодня.

Химический состав и строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, окружая каждую клетку, отделяет ее содержимое от внеклеточного пространства. В состав мембраны входят липиды, белки и углеводы. Основой плазмалеммы является двойной слой из фосфолипидов. Молекула фосфолипида имеет небольшую гидрофильную «головку» (остатки глицерина, ортофосфорная кислота и дополнительные соединения) и два (реже один) длинных гидрофобных «хвоста» (остатки жирных кислот). Гидрофобные части молекул объединяются с другими гидрофобными соединениями, а гидрофильные — с гидрофильными, формируя двойные слои, как показано на рисунке.

Схема расположения фосфолипидов в мембране клетки

В каждом слое гидрофильные «головки» молекул обращены к водной среде (внеклеточное пространство или цитоплазма), а их «хвосты» ориентированы внутрь толще мембраны. Такую структуру имеют все биологические мембраны, в том числе и внутриклеточных органелл.

Кроме фосфолипидов в состав плазматической мембраны входят другие липиды (в частности, холестерол) и значительное количество белков (до 50% от массы мембраны). Поскольку белковые молекулы по размеру больше, чем фосфолипидные, на один белок в составе мембраны приходится около 50 фосфолипидов. В зависимости от функций клетки количество и состав мембранных белков существенно различаются. По расположению в мембране разделяют белки, пронизывающие толщу мембраны (внутренние или интегральные) и такие, которые размещены с внутренней или внешней стороны мембраны (внешние или периферийные). Мембранные белки могут соединяться с углеводами (вспомните, как они называются) как на иллюстрации ниже.

Схема строения плазматической мембраны

Такая модель строения биологических мембран получила название жидкостно-мозаичной: большинство липидов мембраны находятся в жидком состоянии и лишь около 30% липидов прочно соединены с внутренними белками в комплексные соединения.

С плазматическими мембранами связан надмембранный комплекс — набор структур, расположенных снаружи клеток.

Надмембранный комплекс животных клеток представляет собой углеводороды части гликопротеинов и гликолипидов мембран, образующих наружный слой клетки — гликокаликс, который  выполняет рецепторную и маркерную функции, а также участвует в обеспечении избирательности транспорта веществ и пристеночном (примембранном) пищеварении.

У бактерий, растений и грибов надмембранный комплекс представлен клеточной стенкой — жестким каркасом, окружающим клетки. Клеточные стенки разных организмов имеют разную химическую природу. Вы уже знаете, что основным веществом стенок растительных клеток является целлюлоза. У грибов эта структура сформирована другим полисахаридом — хитином. Бактериальные клетки окружены стенками из пептидогликана  (также известный как муреин) — вещества сложной химической природы (содержит короткие пептиды и остатки углеводов).

Функции плазматической мембраны

Белки плазматической мембраны выполняют различные функции, а это предопределяет соответствующие функции плазмалеммы: барьерную, транспортную, контактную, рецепторную и ферментативную.

Строение мембраны практически исключает диффузию через нее полярных молекул, в частности ионов. Поэтому плазматическая мембрана выполняет барьерную функцию. Однако через мембрану должна осуществляться транспортировка веществ как внутрь клетки, так и наружу. Это необходимо для снабжения клетки питательными веществами и выведения продуктов обмена.

Различают два типа транспортировки веществ: движение веществ, при котором не расходуется энергия АТФ, называется пассивным; движение, связанное с затратами энергии, называется активным. Самым простым вариантом пассивной транспортировки является простая диффузия (с места с большей концентрацией вещества в места с меньшей ее концентрацией). Таким образом сквозь мембрану проникают прежде всего неполярные молекулы. Так, из неорганических веществ через мембраны хорошо диффундируют кислород и углекислый газ — это имеет важное значение для клеточного дыхания, из органических веществ — стероидные вещества.

Транспортировка через мембрану полярных веществ обеспечивают белковые молекулы-переносчики. Этот тип транспортировки играет важную роль в процессе возбудимости нервных и мышечных клеток и подобным процессам. Молекулы-переносчики необходимы для попадания в клетку глюкозы. Пассивное движение веществ с помощью молекул переносчиков называется облегченной диффузией, как она работает показано на рисунке:

Принцип работы внутреннего белка, транспортирующего глюкозу

Иногда необходимо транспортировать вещество с места с меньшей его концентрацией в места, где его концентрация больше. Этот процесс требует затрат энергии, а потому является активным. Примером может быть калий-натриевый насос (Na+К+ — насос):

Принцип работы калий-натриевого насоса

Он обеспечивает выход из клетки ионов натрия и поступления в нее из внеклеточного пространства ионов калия. Работа этого насоса обеспечивает нормальное функционирования клеток, поддерживая на определенном уровне концентрации ионов Na+ и K+ внутри и снаружи мембраны.

Особым типом активного транспорта является цитоз — перемещение веществ в составе мембранных пузырьков. Процесс вывода веществ из клетки в результате слияния везикул с плазматической мембраной называется экзоцитозом. Таким образом из клеток высвобождаются синтезированные в них ферменты, гормоны, медиаторы и др.

Процесс активного поступления твердых и жидких веществ из внешней среды внутрь клетки называется эндоцитозом. Различают пиноцитоз — поглощение жидкостей и фагоцитоз — поглощение вместе с жидкими веществами твердых частиц. Фагоцитоз играет важную роль в поглощении клетками иммунной системы чужеродных клеток и бактерий, а также в питании одноклеточных организмов.

Схемы процессов экзоцитоза (а) и эндоцитоза (б)

Схема процесса экзоцитоза Схема процесса эндоцитоза

У многоклеточных организмов клетки связаны между собой. Такая связь обеспечивают белки, которые как бы «сшивают» две мембраны, формируя межклеточные контакты.

Рецепторная функция заключается в способности реагировать на химические вещества, изменяя при этом функционирование клеток. Источниками таких биологически активных веществ могут быть как другие клетки (гормоны, нейромедиаторы и т.д.), так и окружающая среда (питательные вещества, яды и т.п.). Первым звеном реагирования на наличие химических веществ является рецепторные белки, встроенные в плазмалемму и способные избирательно связываться с другими веществами.

Некоторые белки, встроенные в клеточную мембрану, играют роль ферментов. В частности, они обеспечивают мембранное (пристеночное) пищеварение в кишечнике человека. В прокариотических клетках мембранные белки участвуют в процессах фотосинтеза, запасании энергии путем синтеза АТФ и др.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ • Большая российская энциклопедия

БИОЛОГИ́ЧЕСКИЕ МЕМБРА́НЫ (лат. mem­brana – ко­жи­ца, обо­лоч­ка, пе­ре­пон­ка), струк­ту­ры, ог­ра­ни­чи­ваю­щие со­дер­жи­мое кле­ток (кле­точ­ная, или плаз­ма­ти­че­ская, мем­бра­на, плаз­ма­лем­ма) и внут­ри­кле­точ­ных ор­га­нелл. У про­ка­ри­от име­ет­ся толь­ко кле­точ­ная мем­бра­на, в боль­шин­ст­ве слу­ча­ев ок­ру­жён­ная кле­точ­ной стен­кой. У эу­ка­ри­от мем­бра­ной ок­ру­же­на не толь­ко клет­ка, но и яд­ро, а так­же ми­то­хон­д­рии, ли­зо­со­мы, пе­рок­си­со­мы, сек­ре­тор­ные гра­ну­лы, эн­до­со­мы, у рас­те­ний ещё – хло­ро­пла­сты и ва­куо­ли; мем­бра­ны об­ра­зу­ют так­же раз­ветв­лён­ную сеть эн­до­плаз­ма­тического ре­ти­ку­лу­ма и ком­плек­са Голь­джи. Ми­то­хон­д­рии, хло­ро­пла­сты и яд­ра ок­ру­же­ны дву­мя мем­бра­на­ми, а внут­ри хло­ро­пла­стов име­ет­ся ещё один тип мем­бран, фор­ми­рую­щих ти­ла­кои­ды. У жи­вот­ных к кле­точ­ной мем­бра­не сна­ру­жи при­мы­ка­ет гли­ко­про­теи­но­вый ком­плекс – гли­ко­ка­ликс, у рас­те­ний – кле­точ­ная стен­ка. Тол­щи­на мем­бран варь­и­ру­ет от 6 до 10 нм.

Структура биологических мембран

Схема строения клеточной мембраны.

Ос­но­ву Б. м. со­став­ля­ет про­тя­жён­ный двой­ной слой (бис­лой) гли­це­ро­фос­фо-, сфин­го- и гли­ко­ли­пи­дов со встро­ен­ны­ми в не­го мо­ле­ку­ла­ми различных бел­ков. Гид­ро­фоб­ные (не­по­ляр­ные) груп­пы мо­ле­кул ли­пи­дов (ос­тат­ки жир­ных ки­слот) по­гру­же­ны в тол­щу мембра­ны, а гид­ро­филь­ные (по­ляр­ные) го­лов­ки ори­ен­ти­ро­ва­ны на­ру­жу, в ок­ру­жаю­щую вод­ную сре­ду (см. Ли­пи­ды). Плот­ность упа­ков­ки Б. м. обес­пе­чи­ва­ет­ся элек­тро­ста­тическими взаи­мо­дей­ст­вия­ми по­лярных го­ло­вок и гид­ро­фоб­ны­ми кон­так­та­ми ме­ж­ду це­пя­ми жир­ных ки­слот. Вхо­дя­щие в со­став Б. м. бел­ки вза­имо­дей­ст­ву­ют с ли­пид­ным би­сло­ем с по­мо­щью гид­ро­фоб­ных вза­имо­дей­ст­вий и ван­дер­ва­аль­со­вых свя­зей. Со­от­но­ше­ние ли­пи­дов и бел­ков, их со­став в разл. Б. м. мо­гут су­ще­ст­вен­но раз­ли­чать­ся. Так, в мем­бра­нах мие­ли­но­вой обо­лоч­ки со­дер­жа­ние ли­пи­дов (по мас­се) в че­ты­ре раза боль­ше, чем бел­ков, а во внутр. мем­бра­нах ми­то­хон­д­рий бо­лее чем в два раза пре­об­ла­да­ют бел­ки. Ли­пи­ды Б. м. пред­став­ле­ны гл. обр. фос­фа­ти­дил­хо­ли­ном, фос­фа­ти­ди­лэ­та­но­ла­ми­ном, сфин­го­мие­ли­ном, фос­фа­ти­дил­се­ри­ном, фос­фа­ти­ди­ли­но­зи­том и кар­дио­ли­пи­ном, ко­то­рые об­на­ру­жи­ва­ют­ся при­мер­но в од­ном и том же со­от­но­ше­нии в мем­бра­нах раз­ных по уро­вню ор­га­ни­за­ции ор­га­низ­мов. В то же вре­мя на­бор жир­ных кис­лот, вхо­дя­щих в со­став ли­пи­дов, под­вер­жен из­ме­не­ни­ям. Напр., по­ни­же­ние темп-ры, дав­ле­ния и со­лё­но­сти сре­ды оби­та­ния ор­га­низ­мов со­про­во­ж­да­ют­ся уве­ли­че­ни­ем ко­ли­че­ст­ва не­на­сы­щен­ных свя­зей и/или ко­рот­ко­це­по­чеч­ных жир­ных ки­слот в фос­фо­ли­пи­дах и про­ис­хо­дя­щим вслед­ст­вие это­го умень­ше­ни­ем плот­но­сти упа­ков­ки бис­лоя. Ли­пи­дам свой­ст­вен­на оп­ре­де­лён­ная под­виж­ность внут­ри бис­лоя. Они спо­соб­ны к быст­ро­му вра­ще­нию во­круг оси (вра­ща­тель­ная диф­фу­зия), к сво­бод­но­му пе­ре­ме­ще­нию в пре­де­лах од­но­го слоя мем­бра­ны (ла­те­раль­ная диф­фу­зия), а так­же к пе­ре­хо­ду с од­ной сто­ро­ны бис­лоя на дру­гую (та­кое пе­ре­дви­же­ние обес­пе­чи­ва­ет­ся спец. ме­ха­низ­ма­ми). Для кле­точ­ных мем­бран жи­вот­ных кле­ток ха­рак­тер­но вы­со­кое со­дер­жа­ние хо­ле­сте­ри­на (в ср. ок. 21%), ко­то­рый уча­ст­ву­ет в ре­гу­ля­ции те­ку­че­сти мем­бра­ны, пре­пят­ст­вуя плот­ной упа­ков­ке фос­фо­ли­пи­дов. В рас­тит. клет­ке роль хо­ле­сте­ри­на иг­ра­ет его ана­лог – дес­мо­сте­рин. В мем­бра­нах бак­те­рий и вну­три­кле­точ­ных ор­га­нелл сте­ри­ны от­сут­ст­ву­ют. До 10% су­хо­го ве­ще­ст­ва мем­бран при­хо­дит­ся на до­лю уг­ле­во­дов, ко­то­рые экс­по­ни­ро­ва­ны на внеш­ней сто­ро­не кле­точ­ной мем­бра­ны и яв­ля­ют­ся со­став­ной ча­стью мем­бран­ных гли­ко­ли­пи­дов и гли­ко­про­теи­нов.

Схема структурной организации интегрального белка. Спиральный участок встроен в гидрофобную часть липидного бислоя; N-концевой участок с прикреплёнными к нему олигосахаридными цепями расположен на вне…

Со­дер­жа­ние бел­ка в разл. мем­бра­нах ко­леб­лет­ся от 20 до 75% (в пе­ре­счё­те на сухую мас­су). Мем­бран­ные бел­ки мо­гут быть встрое­ны в бис­лой (ин­те­граль­ные бел­ки). При этом они по­гру­же­ны в мем­бра­ну и про­ни­зы­ва­ют её (ино­гда неск. раз) та­ким об­ра­зом, что дос­та­точ­но про­тя­жён­ные уча­ст­ки бел­ка, об­ра­зо­ван­ные гид­ро­фоб­ны­ми ами­но­кис­ло­та­ми, ока­зы­ва­ют­ся в её тол­ще, а гид­ро­филь­ные – на по­верх­но­сти, по обе сто­ро­ны Б. м. Вы­сту­паю­щие над внеш­ней сто­ро­ной мем­бра­ны уча­ст­ки бел­ко­вых мо­ле­кул обыч­но не­сут неск. ко­ва­лент­но свя­зан­ных, час­то раз­ветв­лён­ных це­пей оли­го­са­ха­ри­дов, об­ра­зо­ван­ных ос­тат­ка­ми ман­но­зы, фу­ко­зы, глю­ко­зы, N-аце­тил­глю­ко­за­ми­на и др. Эти ком­по­нен­ты иг­ра­ют роль мар­ке­ров при рас­по­зна­ва­нии кле­точ­ной по­верх­но­сти. Мо­леку­лы пе­ри­фе­ри­че­ских бел­ков рас­по­ло­же­ны гл. обр. на внутренней по­верх­но­сти мем­бра­ны, не про­ни­кая внутрь би­слоя, и удер­жи­ва­ют­ся на ней с по­мо­щью элек­тро­ста­тич. взаи­мо­дей­ст­вий и во­до­род­ных свя­зей; они свя­зы­ва­ют­ся с мем­бра­ной об­ра­ти­мо и мо­гут пе­ре­хо­дить в ци­то­плаз­му при мо­ди­фи­ка­ции бел­ков (напр., пу­тём их фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния) в от­вет на из­ме­не­ния функ­ци­о­наль­но­го со­сто­я­ния клет­ки. Мн. бел­ки ор­га­ни­зо­ва­ны в ви­де слож­ных ком­плек­сов (напр., бел­ки ды­ха­тель­ной це­пи ми­то­хон­д­рий). В клет­ках про­ис­хо­дит по­сто­ян­ное об­нов­ле­ние ком­по­нен­тов Б. м. пу­тём вве­де­ния но­вых молекул липидов и бел­ков, од­на­ко струк­тур­ная ор­га­ни­за­ция Б. м. в те­че­ние всей жиз­ни клет­ки ос­та­ёт­ся не­из­мен­ной.

Функции мембран

Осн. функ­ции мем­бран свя­за­ны с бел­ка­ми. Мн. мем­бран­ные бел­ки – фер­мен­ты, обес­пе­чи­ваю­щие про­те­ка­ние окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ных, гид­ро­ли­тич.+}$). Та­кая асим­мет­рия обес­пе­чи­ва­ет мн. про­яв­ле­ния жиз­не­де­ятель­но­сти (элек­тро­воз­бу­ди­мость, ос­мо­ти­чес­кую ус­той­чи­вость и др.). Мем­бран­ные бел­ки ак­ва­по­ри­ны об­ра­зу­ют в мем­бра­не спец. ка­на­лы, ре­гу­ли­рую­щие про­ник­но­ве­ние в клет­ку мо­ле­кул во­ды. Взаи­мо­дей­ст­вие клет­ки с внеш­ней сре­дой, ре­гу­ля­ция внут­ри­кле­точ­ных про­цес­сов осу­ще­ст­в­ля­ют­ся по­сред­ст­вом ре­цеп­тор­ных бел­ков (ре­цеп­то­ров), от­вет­ст­вен­ных за фо­то-, тер­мо-, ме­ха­но- и хе­мо­ре­цеп­цию.

Барь­ер­ная функ­ция Б. м. обес­пе­чи­ва­ет со­хра­не­ние оп­ре­де­лён­но­го со­ста­ва клет­ки и кон­цен­тра­ции со­став­ляю­щих её ве­ществ, а так­же за­щи­ту от воз­дей­ст­вия разл. чу­же­род­ных фак­то­ров и ток­си­нов. Бла­го­да­ря Б. м. внут­ри кле­ток воз­мож­но од­но­врем. про­те­ка­ние мно­же­ст­ва не­со­вмес­ти­мых друг с дру­гом ре­ак­ций. Напр., не­об­хо­ди­мые клет­ке бел­ки син­те­зи­ру­ют­ся на ри­бо­со­мах, при­кре­п­лён­ных к эн­до­плаз­ма­ти­че­ско­му ре­ти­ку­лу­му, а их рас­пад про­ис­хо­дит в ли­зо­со­мах. В Б. м. про­те­ка­ют про­цес­сы энер­го­об­ме­на кле­ток. Внутр. мем­бра­ны ми­то­хон­д­рий и мем­бра­ны ти­ла­кои­дов – важ­ней­шие пре­об­ра­зо­ва­те­ли энер­гии, иг­раю­щие клю­че­вую роль в за­па­са­нии энер­гии, об­ра­зую­щей­ся в хо­де ды­ха­ния и фо­то­син­те­за, в энер­гию пи­ро­фос­фат­ной свя­зи аде­но­зин­три­фос­фа­та. Б. м. ней­ро­нов мо­гут ге­не­ри­ро­вать и осу­ще­ст­в­лять пе­ре­да­чу элек­трич. сиг­на­ла, уча­ст­вуя тем са­мым в про­цес­сах воз­бу­ж­де­ния и про­ве­де­ния нерв­но­го им­пуль­са.

Бел­ко­вые и ли­пид­ные ком­по­нен­ты вы­пол­ня­ют ряд др. функ­ций. Фраг­мен­ты фос­фо­ли­пи­дов мо­гут вы­сту­пать в ка­чест­ве пред­шест­вен­ни­ков сиг­наль­ных мо­ле­кул (мес­сен­дже­ров). Напр., при ак­ти­ва­ции мем­бран­ной фос­фо­ли­па­зы А из би­слоя вы­сво­бож­да­ет­ся ара­хи­до­но­вая ки­сло­та, даль­ней­шие пре­вра­ще­ния ко­то­рой при­во­дят к об­ра­зо­ва­нию био­ло­гич. ре­гу­ля­то­ров – тром­бок­са­нов, лей­ко­три­е­нов и про­ста­глан­ди­нов. Фос­фа­ти­дил­се­рин, ло­ка­ли­зо­ван­ный на внутр. сто­ро­не мем­бра­ны, при ини­ци­а­ции апоп­то­за ми­гри­ру­ет на её внеш­нюю сто­ро­ну. Его по­яв­ле­ние слу­жит сиг­на­лом для фа­го­ци­тов, ко­то­рые име­ют ре­цеп­то­ры на этот фос­фо­ли­пид; они «уз­на­ют» де­фект­ные клет­ки и унич­то­жа­ют их. Гли­ко­ли­пи­ды на­ря­ду с гли­ко­про­теи­на­ми иг­ра­ют важ­ную роль в яв­ле­ни­ях меж­кле­точ­ной ад­ге­зии, участ­ву­ют в им­мун­ных ре­ак­ци­ях.

Методы изучения биологических мембран

Для изу­че­ния струк­ту­ры и функ­ции мем­бран ис­поль­зу­ют­ся элек­тро­фи­зи­о­ло­гич. и им­му­но­ци­то­хи­мич. ме­то­ды, жид­ко­ст­ная хро­ма­то­гра­фия (для иден­ти­фи­ка­ции и ана­ли­за ли­пид­ных ком­по­нен­тов), про­точ­ная ци­то­мет­рия, по­зво­ляю­щая про­сле­дить от­вет клет­ки на взаи­мо­дей­ст­вие спе­ци­фич. ли­ган­дов с кле­точ­ной мем­бра­ной, раз­но­об­раз­ные фи­зич. ме­то­ды, ха­рак­те­ри­зую­щие струк­ту­ру мем­бран, упа­ков­ку и под­виж­ность ли­пи­дов в бис­лое (в т. ч. элек­трон­ная мик­ро­ско­пия, ма­ло­уг­ло­вое рас­сеи­ва­ние ней­тро­нов, флуо­рес­цент­ная спек­тро­ско­пия, кру­го­вой дих­ро­изм), и др. ме­то­ды.

Раз­но­об­ра­зие ти­пов Б. м., их по­ли­функ­цио­наль­ность и вы­со­кая чув­ст­ви­тель­ность к внеш­ним воз­дей­ст­ви­ям яв­ля­ют­ся при­чи­ной то­го, что они во­вле­кают­ся в разл. па­то­ло­гич. про­цес­сы. По­вре­жде­ния кле­точ­ных мем­бран, при­во­дя­щие к об­ра­зо­ва­нию сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и ги­бе­ли нерв­ных кле­ток, ле­жат в ос­но­ве ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ных за­бо­ле­ва­ний (бо­лезнь Альц­гей­ме­ра, пар­кин­со­низм, бо­ко­вой амио­тро­фи­че­ский скле­роз), мо­гут слу­жить при­чи­ной ин­суль­та и ин­фарк­та мио­кар­да.

Единицы живого: Плазматическая мембрана.

Под гликокаликсом животных и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана, граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм.

Схема строения плазматической мембраны:

1. фосфолипиды;

2. холестерин;

3. интегральный белок;

4. олигосахаридная боковая цепь.

В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями.

По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой.

Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину.

Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды.

Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке.

Транспорт веществ — одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.

На поверхности многих клеток животных, например различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, — микроворсинки.

Плазматическая мембрана клетки.

Строение плазматической мембраны.

Функции плазматическ

ой мембраны.

Животные клетки ограничены плазматической мембраной. На ее строении, очень сходном со строением многих внутриклеточных мембран, мы остановимся несколько подробнее. Основной матрикс мембраны состоит из липидов, главным образом фосфатидил-холина. Эти липиды состоят из головной гидрофильной группы, к которой присоединены длинные гидрофобные углеводородные цепи. В воде такие липиды спонтанно формируют двуслойную пленку толщиной 4-5 нм, в которой гидрофильные группы обращены к водной среде, а гидрофобные углеводородные цепи располагаются в два ряда, образуя безводную липидную фазу. Клеточные мембраныпредставляют собой липидные бислои именно такого типа и содержат гликолипиды, холестерол и фосфолипиды.

Гидрофильная часть гликолипидов образована олигосахаридами. Гликолипиды всегда располагаются на наружной поверхностиплазматической мембраны, причем олигосахаридная часть молекулы ориентирована подобно волоску, погруженному в окружающую среду. Разбросанные среди фосфолипидов в почти равном с ними количестве молекулы холестерола стабилизируют мембрану. Распределение различных липидов во внутреннем и наружном слоях мембраны неодинаково, и даже в пределах одного слоя имеются участки, в которых концентрируются отдельные виды липидов. Такое неравномерное распределение, вероятно, имеет какое-то, пока еще неясное, функциональное значение.

Главными функциональными элементами, погруженными в сравнительно инертный липидныи матрикс мембраны, являются белки. Белок по массе составляет от 25 до 75% в различных мембранах, но, поскольку белковые молекулы намного крупнее, чем липидные, 50% по массе эквивалентны соотношению: 1 молекула белка на 50 молекул липида. Одни белки пронизывают мембрану от ее наружной до внутренней поверхности, другие же закреплены в каком-то одном слое. Белковые молекулы обычно ориентированы так, что их гидрофобные группы погружены в липидную мембрану, а полярные гидрофильные группы на поверхности мембраны погружены в водную фазу. Многие белки наружной поверхности мембраны представляют собой гликопротеины; их гидрофильные сахаридные группы обращены во внеклеточную среду.

Функции плазматической мембраны в клетке

Плазматическая мембрана – липидный бислой со встроенными в его толщу белками, ионными каналами и рецепторными молекулами. Это механический барьер, который отделяет цитоплазму клетки от околоклеточного пространства, одновременно являясь единственной связью с наружной средой. А потому плазмолемма является одной из важнейших структур клетки, а ее функции позволяют ей существовать и взаимодействовать с другими клеточными группами.

Общее представление о функциях цитолеммы

Плазматическая мембрана в том виде, в котором она присутствует в животной клетке, характерна для множества организмов из разных царств. Бактерии и простейшие, чьи организмы представлены одной-единственной клеткой, имеют цитоплазматическую мембрану. А животные, грибы и растения как многоклеточные организмы не утратили ее в процессе эволюции. Однако у разных царств живых организмов цитолемма несколько различается, хотя функции ее все равно одинаковы. Их можно разделить на три группы: на разграничительные, транспортные и коммуникативные.

К группе разграничительных функций относится механическая защита клетки, поддержание ее формы, ограждение от внеклеточной среды. Транспортную группу функций мембрана играет за счет наличия специфических белков, ионных каналов и переносчиков определенных веществ. К коммуникативным функциям цитолеммы стоит отнести рецепторную. На поверхности мембраны существует совокупность рецепторных комплексов, посредством которых клетка участвует в механизмах гуморальной передачи информации. Однако важно еще и то, что плазмолемма окружает не только клетку, но и некоторые ее мембранные органеллы. В них она играет такую же роль, как в случае с целой клеткой.

Барьерная функция

Барьерные функции плазматической мембраны множественные. Она защищает внутреннюю среду клетки со сложившейся концентрацией химических веществ от ее изменения. В растворах происходит процесс диффузии, то есть самостоятельного уравнивания концентрации между средами с разным содержанием в них определенных веществ. Плазмолемма как раз блокирует диффузию путем недопущения тока жидкости и ионов в любых направлениях. Таким образом, мембрана ограничивает цитоплазму с определенной концентрацией электролитов от околоклеточной среды.

Второе проявление барьерной функции плазматической мембраны – это защита от сильных кислых и сильных щелочных сред. Плазмолемма построена таким образом, что гидрофобные концы липидных молекул обращены наружу. Потому она зачастую разграничивает внутриклеточную и внеклеточную среды с разными показателями рН. Это необходимо для клеточной жизнедеятельности.

Барьерная функция мембран органелл

Барьерные функции плазматической мембраны различны и потому, что зависят от места ее расположения. В частности кариолемма, то есть липидный бислой ядра, защищает его от механических повреждений и разделяет ядерную среду от цитоплазматической. Причем считается, что кариолемма неразрывно связана с мембраной эндоплазматической сети. Потому вся система рассматривается едино как хранилище наследственной информации, белок синтезирующая система и кластер посттрансляционной модификации белковых молекул. Мембрана эндоплазматических сетей необходима для поддержания формы транспортных внутриклеточных каналов, по которым перемещаются белковые, липидные и углеводные молекулы.

Митохондриальная мембрана защищает митохондрии, а пластидная – хлоропласты. Лизосомальная мембрана также играет роль барьера: внутри лизосомы агрессивная среда рН и активные формы кислорода, способные повредить структуры внутри клетки, если они туда проникнут. Мембрана же является универсальным барьером, одновременно разрешающим лизосомам «переваривать» твердые частицы и ограничивающим место действия ферментов.

Механическая функция плазмолеммы

Механические функции плазматической мембраны также неоднородны. Во-первых, плазмолемма поддерживает клеточную форму. Во-вторых, она ограничивает деформируемость клетки, однако не препятствует изменению формы и текучести. При этом укрепление мембраны также возможно. Это происходит за счет образования клеточной стенки протистами, бактериями, растениями и грибами. У животных, в том числе у человеческого вида, клеточная стенка наиболее простая и представлена лишь гликокаликсом.

У бактерий она гликопротеидная, у растений – целлюлозная, у грибов – хитиновая. Диатомовые водоросли и вовсе встраивают в свою клеточную стенку кремнезем (оксид кремния), что значительно увеличивает прочность и механическую стойкость клетки. Причем каждому организму клеточная стенка нужна именно для этого. А сама плазмолемма имеет намного меньшую прочность, чем слой протеогликанов, целлюлозы или хитина. В том, что цитолемма играет механическую роль, сомневаться не приходится.

Также механические функции плазматической мембраны позволяют митохондриям, хлоропластам, лизосомам, ядру и эндоплазматической сети функционировать внутри клетки и защищаться от подпороговых повреждений. Это характерно для любой клетки, имеющей данные мембранные органеллы. Более того, плазматическая мембрана имеет цитоплазматические выросты, посредством которых создаются межклеточные контакты. Это пример реализации механической функции плазматической мембраны. Защитная роль мембраны обеспечивается еще и за счет естественной резистентности и текучести липидного бислоя.

Коммуникативная функция цитоплазматической мембраны

К числу коммуникативных функций стоит отнести транспорт и рецепцию. Эти оба качества характерны именно для плазматической мембраны и кариолеммы. Мембрана органелл не всегда имеет рецепторы или пронизана транспортными каналами, а у кариолеммы и цитолеммы эти образования имеются. Именно посредством их осуществляется реализация данных коммуникативных функций.

Транспорт реализуется двумя возможными механизмами: с затратой энергии, то есть активным путем, и без затрат, простой диффузией. Однако клетка может транспортировать вещества и путем фагоцитоза или пиноцитоза. Это реализуется путем захвата облака жидкости или твердой частицы выпячиваниями цитоплазмы. Тогда клетка как будто руками захватывает частицу или каплю жидкости, втягивая ее внутрь и образуя вокруг нее цитоплазматический слой.

Активный транспорт, диффузия

Активный транспорт – это пример избирательного поглощения электролитов или питательных веществ. Посредством специфических каналов, представленных белковыми молекулами, состоящими из нескольких субъединиц, вещество или гидратированный ион проникает в цитоплазму. Ионы меняют потенциалы, а питательные вещества встраиваются в метаболические цепи. И все эти функции плазматической мембраны в клетке активно способствуют ее росту и развитию.

Липидорастворимость

Высокодифференцированные клетки, к примеру, нервная, эндокринная или мышечная, используют данные ионные каналы для генерации потенциалов покоя и действия. Он образуется за счет осмотической и электрохимической разницы, а ткани получают способность сокращаться, генерировать или проводить импульс, отвечать на сигналы или передавать их. Это важный механизм обмена информацией между клетками, который лежит в основе нервной регуляции функций всего организма. Эти функции плазматической мембраны животной клетки обеспечивают регуляцию жизнедеятельности, защиты и передвижения всего организма.

Некоторые вещества и вовсе могут проникать сквозь мембрану, однако это характерно только для молекул липофильных жирорастворимых молекул. Они попросту растворяются в бислое мембраны, легко попадая в цитоплазму. Такой механизм транспорта характерен для гормонов стероидов. А гормоны пептидной структуры неспособны проникать через мембрану, хотя также передают информацию клетке. Это достигается благодаря наличию на поверхности плазмолеммы рецепторных (интегральных) молекул. Связанные с ними биохимические механизмы передачи сигнала к ядру вместе с механизмом прямого проникновения липидных веществ через мембрану составляют более простую систему гуморальной регуляции. И все эти функции интегральных белков плазматической мембраны нужны не только одной клетке, а всему организму.

Таблица функций цитоплазматической мембраны

Наиболее наглядный способ выделить функции плазматической мембраны – таблица, в которой указана ее биологическая роль для клетки в целом.

Структура

Функция

Биологическая роль

Цитоплазматическая мембрана в виде липидного бислоя с расположенными кнаружи гидрофобными концами, оснащенная рецепторными комплексами из интегральных и поверхностных белков

Механическая

Поддерживает клеточную форму, защищает от механических подпороговых воздействий, сохраняет клеточную целостность

Транспортная

Осуществляет транспорт капель жидкости, твердых частиц, макромолекул и гидратированных ионов в клетку с затратой или без затрат энергии

Рецепторная

Имеет на своей поверхности рецепторные молекулы, которые служат для передачи информации к ядру

Адгезивная

За счет выпячиваний цитоплазмы соседние клетки образуют контакты между собой

Электрогенная

Обеспечивает условия для генерации потенциала действия и потенциала покоя возбудимых тканей

В данной таблице наглядно показано, какие функции выполняет плазматическая мембрана. Однако эти роли играет только клеточная оболочка, то есть липидный бислой, окружающий всю клетку. Внутри нее есть и органеллы, которые также имеют мембраны. Их роли следует выразить в виде схемы.

Функции плазматической мембраны: схема

В клетке наличием мембран отличаются следующие органеллы: ядро, шероховатый и гладкий эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, митохондрия, хлоропласты, лизосомы. В каждой из данных органелл мембрана играет важнейшую роль. Рассмотреть ее можно на примере табличной схемы.

Органелла и мембрана

Функция

Биологическая роль

Ядро, ядерная мембрана

Механическая

Механические функции плазматической мембраны цитоплазмы ядра позволяют поддерживать его форму, предотвращать появление структурных повреждений

Барьерная

Разделение нуклеоплазмы и цитоплазмы

Транспортная

Имеет транспортные поры для выхода рибосом и информационной РНК из ядра и поступления внутрь питательных веществ, аминокислот и азотистых оснований

Митохондрия, митохондриальная мембрана

Механическая

Поддержание формы митохондрии, препятствие механическим повреждениям

Транспортная

Через мембрану передаются ионы и энергетические субстраты

Электрогенная

Обеспечивает генерацию трансмембранного потенциала, что лежит в основе выработки энергии в клетке

Хлоропласты, мембрана пластид

Механическая

Поддерживает форму пластид, предупреждает их механическое повреждение

Транспортная

Обеспечивает транспорт веществ

Эндоплазматическая сеть, мембрана сети

Механическая и средообразующая

Обеспечивает наличие полости, где протекают процессы синтеза белков и их посттрансляционной модификации

Аппарат Гольджи, мембрана везикул и цистерн

Механическая и средообразующая

Роль см. выше

Лизосомы, лизосомальная мембрана

Механическая

Барьерная

Поддержание формы лизосомы, предотвращение механических повреждений и выхода ферментов в цитоплазму, ограничение ее от литических комплексов

Мембраны животной клетки

Таковы функции плазматической мембраны в клетке, где она играет важную роль для каждой органеллы. Причем ряд функций следует объединить в одну – в защитную. В частности барьерная и механическая функции объединены в защитную. Более того, функции плазматической мембраны в растительной клетке практически идентичны таковым в животной и бактериальной.

Животная клетка является наиболее сложной и высокодифференцированной. Здесь располагается гораздо больше интегральных, полуинтегральных и поверхностных белков. В целом у многоклеточных организмов структура мембраны всегда сложнее, чем у одноклеточных. И то, какие функции выполняет плазматическая мембрана конкретной клетки, определяет, будет ли она отнесена к эпителиальной, соединительной или возбудимой ткани.

Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана. Цитоплазма

Цели: продолжить развитие понятий о клетке; сформировать знания о цитоплазме, ее составе, клеточной мембране, ее строении.

Оборудование: карточки для проверки домашнего задания; таблицы “Схема строения растительной клетки”, “Схема строения животной клетки”.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1. Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2).

2. Работа в группе по принципу “Один за всех, все за одного”. Класс делится на три группы, каждая получает одну задачу. После

обсуждения вопросов, один из участников дает развернутый ответ. Если отвечающий раскрыл вопрос неполно, любой из членов группы может его дополнить. По ответу первого отвечающего оценку получают все члены группы, принявшие активное участие в обсуждении вопроса.

Биологические задачи:

1) Первое описание клетки было опубликовано в 1665 г. В 1675 г. стали известны одноклеточные организмы. Назовите имена ученых, сделавших эти открытия? Можно ли считать эти даты зарождением цитологии как науки? Почему?

2) Клеточная теория была выдвинута в 1834 г., а окончательно сформулирована лишь в 1855 г. Назовите ученых-авторов этой теории, сформулируйте ее основные положения. Почему от момента открытия клетки до становления клеточной теории прошло около 200 лет?

3) Научное познание проходит несколько этапов: наблюдение — гипотеза — эксперимент — теория — закон. Какие открытия были сделаны на каждом этапе развития цитологии? Когда цитология оформилась как экспериментальная наука?

III. Изучение новой темы

1. Работа с таблицами.

На доске вывешиваются таблицы “Схема строения растительной клетки” и “Схема строения животной клетки”.

— Рассмотрите, пожалуйста, схемы строения растительной и животной клеток, выявите структурные элементы, характерные как для растительной, так и для животной клетки.

— Итак, правильно, клетки, несмотря на их разнообразие, образованы тремя неразрывно связанными между собой частями: оболочки, цитоплазмы и ядра.

2. Рассказ учителя.

Живое содержимое клеток растений и животных слагается из цитоплазмы и ядра, которые вместе образуют протоплазму.

Цитоплазма состоит из основного полужидкого вещества и находящихся в нем разнообразных органилл — постоянных компонентов цитоплазмы, а также различных включений — временных компонентов цитоплазмы.

Цитоплазма содержит многочисленные химические соединения. Она представляет собой не однородное химическое соединение, а сложную, постоянно изменяющуюся физико-химическую систему, характеризующуюся щелочной реакцией и высоким содержанием воды (60—90% всей массы цитоплазмы). Цитоплазма богата белками, жирами и жироподобными веществами, неорганическими солями, сахарами, нуклеотидами и другими органическими соединениями.

В цитоплазме осуществляются почти все процессы обмена веществ, кроме синтеза нуклеиновых кислот, происходящего в ядре. Одно из основных свойств цитоплазмы живой клетки — способность к движению, которое обеспечивает связь между органиллами и их взаимодействие друг с другом.

Как и для всего живого, клетке характерна способность к саморегуляции. А для того, чтобы поддерживать необходимую концентрацию химических веществ, она должна быть физически отделена от внешней среды. Какой компонент клетки выполняет эту функцию?

Конечно, клеточная оболочка, которая является достаточно сложным образованием, состоящим из наружного слоя и прилегающей к цитоплазме плазматической мембраны, или плазмалеммы.

Наружные слои клеточных оболочек живых организмов имеют разное строение. У животных он представлен гликопротеинами, гликолимидами или липопротеинами и называется гликокаликсом. Гликокаликс клеток животных очень тонкий и эластичный, защищает клетку от повреждений и придает ей форму. Наружный слой растительных клеток образован мощным слоем клетчатки, получившим название клеточной стенки. Клеточная стенка служит каркасом клеткам, выполняя наряду с защитной функцией еще и опорную.

Наружный слой клеточных оболочек образуется в результате процессов жизнедеятельности клеток.

Роль барьера между цитоплазмой и внешней средой играет плазматическая мембрана (от лат. “membrana” — кожица). Плазматическая мембрана очень тонкая (толщина ее составляет около 7,5 нм). Так, например, если увеличить клетку в 1 млн раз, то получится помещение с огромный зал, а толщина стены этого зала будет лишь 1 см, поэтому изучение плазмалеммы возможно лишь с помощью электронного микроскопа.

Мембрана — очень распространенная в клетке структура. Она не только окружает цитоплазму, отделяя ее от внешней среды, но и является неотъемлемой частью многих клеточных органилл (митохондрии, пластиды, ядро и др.).

Биологические мембраны живых организмов имеют сходные структурные особенности и свойства. Общепризнанной в настоящее время является жидкостно-мозаичная модель строения мембраны.

Ее основу составляет двойной слой молекул жиров-липидов, который можно сравнить со стенкой мыльного пузыря, так как молекулы мыла и липидов построены сходным образом.

Капля жидкого мыла, как и капля жира, не смешивается с водой, а растекается по ее поверхности тончайшей пленкой. Двойные слои

мембраны пластичны и текучи, как оболочка мыльного пузыря, но вместе с тем и не бесформенны. Если мыльный пузырь разрезать микроножом, то получится не две половинки, а два целых пузыря, только поменьше. Столкнувшись в воздухе два мыльных шара сольются вместе в один, более крупный. Такими же уникальными свойствами обладает и мембрана. Если проткнуть ее иглой, то отверстие тотчас же исчезнет, а если клетку разрезать пополам, то каждая ее часть окажется окруженной своей мембраной.

Таким образом, клеточные мембраны обладают такими важными свойствами как подвижность и текучесть, самозамыкаемость и полупроницаемость благодаря динамичной структуре липидного бислоя. Но, согласно жидкостно-мозаичной модели мембран, в ее состав входят еще белковые молекулы, которые плавают в липидном “море” подобно островам — иногда свободно, а иногда как бы на привязи, их удерживают особые образования — микрофиламенты, проникающие в цитоплазму.

В клеточных мембранах встречаются тысячи различных белков, так как они определяют большинство специфических функций мембран. Различают периферические белки, которые располагаются на наружной или внутренней поверхности билипидного слоя; полуинтегральные белки, которые покружены в липидный бислой на различную глубину; интегральные (трансмембранные) белки, пронизывающие мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной и внутренней средой клетки.

Группа пронизывающих белков, собираясь в кружок, образует пару, через которую некоторые соединения могут переходить с одной стороны мембраны на другую. Мембранные белки выполняют такие функции как транспорт веществ, катализ мембранных реакций, поддержание определенной структуры мембраны, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и т.д.

В мембранах, помимо белков и липидов, могут содержаться и углеводы (от 2 до 10%). Углеводный компонент мембран может быть связан с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны и обеспечивают распознавание внешних сигналов, сцепление соседних клеток.

IV. Общие выводы урока

— А сейчас нам с вами предстоит объединить все известные данные о строении биологических мембран и составить их общую характеристику.

Общая характеристика биологических мембран:

1. Биологические мембраны имеют небольшую толщину (5—10 мм).

2. Это липопротеиновые структуры (липид + белок), к отдельным молекулам которых могут присоединяться углеводные компоненты (белок + углевод или углевод + липид).

3. Липиды образуют бимолекулярный слой.

4. Белки мембран выполняют различные функции, определяя специфические особенности мембран.

5. Мембранные белки и липиды способны перемещаться в плоскости мембраны, если только они не закреплены или не ограничены в своем передвижении.

6. Углеводный компонент мембран связан с механизмами распознавания.

V. Закрепление

Выберите правильный ответ:

1. Какие из перечисленных веществ в состав мембран не входят (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты)?

2. Какую функцию выполняют белки, входящие в состав клеточных мембран (строительную, защитную, ферментативную, все указанные ФУНКЦИИ)?

3. Какую функцию выполняют углеводы, входящие в состав клеточных мембран (транспорт веществ, узнавание типов клеток, образование двойного слоя мембраны, катализ реакций)?

4. Какой из компонентов мембраны обуславливает свойства текучести и подвижности (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые килосты)?

5. Каково строение липидного слоя в мембране: а) мономолекулярный, бимолекулярный: б) непрерывный; прерван белковыми парами. частично прерван полупогруженными молекулами белка?

Домашнее задание

Учебник А.А. Каменского, §2.2, с. 43—44, до слов “Однако более крупные частицы…”.

Учебник И.Н. Пономаревой, §7, с. 24—25, до слов “Под мембраной находятся…”.

Плазменная мембрана

: определение, структура и функция (со схемой)

Плазматическая мембрана — это защитный барьер, который окружает внутреннюю часть клетки. Эта структура, также называемая клеточной мембраной, является полупористой и позволяет определенным молекулам входить и выходить из клетки. Он служит границей, удерживая содержимое ячейки внутри и предотвращая его выплескивание.

И прокариотические, и эукариотические клетки имеют плазматические мембраны, но у разных организмов мембраны различаются.В целом плазматические мембраны состоят из фосфолипидов и белков.

Фосфолипиды и плазматическая мембрана

Фосфолипиды образуют основу плазматической мембраны. Базовая структура фосфолипида включает гидрофобный хвост (водобоязненный) и гидрофильный хвост (водолюбивый). Фосфолипид состоит из глицерина и отрицательно заряженной фосфатной группы, которые образуют головку, и двух жирных кислот, не несущих заряда.

Несмотря на то, что с головой связаны две жирные кислоты, они объединены в один «хвост».«Эти гидрофильные и гидрофобные концы позволяют формировать бислой в плазматической мембране. Двойной слой состоит из двух слоев фосфолипидов, расположенных хвостами внутри и головками снаружи.

Структура плазменной мембраны: липиды и текучесть плазменной мембраны

Модель жидкой мозаики объясняет функцию и структуру клеточной мембраны

Во-первых, мембрана выглядит как мозаика, потому что внутри нее находятся разные молекулы, такие как фосфолипиды и белки.Во-вторых, мембрана жидкая, потому что молекулы могут двигаться. Вся модель показывает, что мембрана не жесткая и может меняться.

Клеточная мембрана динамична, и ее молекулы могут быстро перемещаться. Клетки могут контролировать текучесть своих мембран, увеличивая или уменьшая количество молекул определенных веществ.

Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты

Важно отметить, что различные жирные кислоты могут образовывать фосфолипиды. Двумя основными типами являются насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Насыщенные жирные кислоты не имеют двойных связей, а вместо этого имеют максимальное количество водородных связей с углеродом. Наличие только одинарных связей в насыщенных жирных кислотах позволяет легко упаковывать фосфолипиды в плотную упаковку.

С другой стороны, ненасыщенные жирные кислоты имеют двойные связи между атомами углерода, поэтому сложнее объединить их вместе. Их двойные связи образуют перегибы в цепях и влияют на текучесть плазматической мембраны. Двойные связи создают больше пространства между фосфолипидами в мембране, поэтому некоторым молекулам легче проходить через них.

Насыщенные жиры, скорее всего, будут твердыми при комнатной температуре, в то время как ненасыщенные жирные кислоты будут жидкими при комнатной температуре. Типичным примером насыщенных жиров, которые могут быть на кухне, является сливочное масло.

Примером ненасыщенного жира является жидкое масло. Гидрирование — это химическая реакция, при которой жидкое масло превращается в твердое вещество, такое как маргарин. Частичное гидрирование превращает некоторые молекулы масла в насыщенные жиры.

••• Дана Чен | Sciencing

Трансжиры

Ненасыщенные жиры можно разделить еще на две категории: цис-ненасыщенные жиры и транс-ненасыщенные жиры.Цис-ненасыщенные жиры имеют два атома водорода на одной стороне двойной связи.

Однако транс-ненасыщенных жиров имеют два атома водорода на противоположных сторонах двойной связи. Это имеет большое влияние на форму молекулы. Цис-ненасыщенные жиры и насыщенные жиры встречаются в природе, но транс-ненасыщенные жиры создаются в лаборатории.

Возможно, вы слышали о проблемах со здоровьем, связанных с употреблением трансжиров в последние годы. Производители пищевых продуктов, также называемые транс-ненасыщенными жирами, создают транс-жиры путем частичной гидрогенизации.Исследования не показали, что у людей есть ферменты, необходимые для метаболизма трансжиров, поэтому их употребление в пищу может увеличить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и диабета.

Холестерин и плазматическая мембрана

Холестерин — еще одна важная молекула, которая влияет на текучесть плазматической мембраны.

Холестерин — это стероид , который естественным образом встречается в мембране. Он имеет четыре связанных углеродных кольца и короткий хвост, и он беспорядочно распределен по плазматической мембране.Основная функция этой молекулы — удерживать вместе фосфолипиды, чтобы они не уносились слишком далеко друг от друга.

В то же время холестерин обеспечивает некоторое необходимое расстояние между фосфолипидами и не дает им стать настолько плотно упакованными, что важные газы не могут пройти через них. По сути, холестерин может помочь регулировать то, что покидает и попадает в клетку.

Незаменимые жирные кислоты

Незаменимые жирные кислоты, такие как омега-3, составляют часть плазматической мембраны и также могут влиять на текучесть.Омега-3 жирные кислоты, содержащиеся в таких продуктах, как жирная рыба, являются неотъемлемой частью вашего рациона. После того, как вы их съедите, ваше тело может добавить омега-3 к клеточной мембране, включив их в фосфолипидный бислой.

Омега-3 жирные кислоты могут влиять на активность белка в мембране и изменять экспрессию генов.

Белки и плазматическая мембрана

Плазматическая мембрана содержит разные типы белков. Некоторые из них находятся на поверхности этого барьера, а другие встроены внутрь.Белки могут действовать как каналы или рецепторы для клетки.

Интегральные мембранные белки расположены внутри фосфолипидного бислоя. Большинство из них являются трансмембранными белками, что означает, что их части видны с обеих сторон бислоя, потому что они торчат.

В целом интегральные белки помогают транспортировать более крупные молекулы, такие как глюкоза. Другие интегральные белки действуют как каналы для ионов.

Эти белки имеют полярные и неполярные области, подобные тем, которые обнаружены в фосфолипидах.С другой стороны, периферические белки расположены на поверхности бислоя фосфолипидов. Иногда они прикрепляются к составным белкам.

Цитоскелет и белки

Клетки имеют сеть нитей, называемых цитоскелетом, которые обеспечивают структуру. Цитоскелет обычно существует прямо под клеточной мембраной и взаимодействует с ней. В цитоскелете также есть белки, поддерживающие плазматическую мембрану.

Например, клетки животных имеют актиновые филаменты, которые действуют как сеть.Эти нити прикрепляются к плазматической мембране через соединительные белки. Клеткам нужен цитоскелет для структурной поддержки и предотвращения повреждений.

Подобно фосфолипидам, белки имеют гидрофильные и гидрофобные области, которые предсказывают их размещение в клеточной мембране.

Например, трансмембранные белки имеют части, которые являются гидрофильными и гидрофобными, поэтому гидрофобные части могут проходить через мембрану и взаимодействовать с гидрофобными хвостами фосфолипидов.

Углеводы в плазматической мембране

В плазматической мембране содержится некоторое количество углеводов. Гликопротеины , которые представляют собой белок с присоединенным углеводом, существуют в мембране. Обычно гликопротеины представляют собой интегральные мембранные белки. Углеводы в гликопротеинах помогают в распознавании клеток.

Гликолипиды — это липиды (жиры) с присоединенными углеводами, которые также являются частью плазматической мембраны. У них есть гидрофобные липидные хвосты и гидрофильные углеводные головы.Это позволяет им взаимодействовать и связываться с бислоем фосфолипидов.

В целом, они помогают стабилизировать мембрану и могут способствовать клеточной коммуникации, действуя как рецепторы или регуляторы.

Идентификация клеток и углеводы

Одной из важных особенностей этих углеводов является то, что они действуют как идентификационные метки на клеточной мембране, и это играет роль в иммунитете. Углеводы из гликопротеинов и гликолипидов образуют вокруг клетки гликокаликс, который важен для иммунной системы.Гликокаликс, также называемый перицеллюлярным матриксом, представляет собой нечеткое покрытие.

Многие клетки, включая клетки человека и бактерии, имеют такое покрытие. У людей гликокаликс уникален для каждого человека из-за генов, поэтому иммунная система может использовать покрытие в качестве системы идентификации. Ваши иммунные клетки могут распознать принадлежащее вам покрытие и не будут атаковать ваши собственные клетки.

Другие свойства плазматической мембраны

Плазматическая мембрана выполняет и другие функции, например, помогает транспортировать молекул и общаться между клетками.Мембрана позволяет сахару, ионам, аминокислотам, воде, газам и другим молекулам проникать в клетку или покидать ее. Он не только контролирует прохождение этих веществ, но также определяет, сколько из них может двигаться.

Полярность молекул помогает определить, могут ли они войти в клетку или покинуть ее.

Например, неполярных молекул могут проходить через бислой фосфолипидов напрямую, но полярных молекул должны использовать для прохождения белковые каналы. Кислород, который не является полярным, может перемещаться через бислой, в то время как сахара должны использовать каналы.Это создает избирательный перенос материалов в ячейку и из нее.

Избирательная проницаемость плазматических мембран дает клеткам больший контроль. Движение молекул через этот барьер делится на две категории: пассивный транспорт и активный транспорт. Пассивный транспорт не требует от клетки использования какой-либо энергии для перемещения молекул, но активный транспорт использует энергию аденозинтрифосфата (АТФ).

Пассивный транспорт

Диффузия и осмос являются примерами пассивного транспорта.При облегчении диффузии белки в плазматической мембране помогают молекулам двигаться. Как правило, пассивный перенос включает перемещение веществ от высокой концентрации к низкой.

Например, если клетка окружена кислородом с высокой концентрацией, то кислород может свободно перемещаться через бислой до более низкой концентрации внутри клетки.

Активный транспорт

Активный транспорт происходит через клеточную мембрану и обычно включает белки, встроенные в этот слой.Этот тип транспорта позволяет клеткам работать против градиента концентрации, что означает, что они могут перемещать вещи от низкой концентрации к высокой.

Он требует энергии в виде АТФ.

Коммуникация и плазменная мембрана

Плазматическая мембрана также способствует межклеточной коммуникации. Это может включать углеводы в мембране, которые выступают на поверхности. У них есть сайты связывания, которые позволяют клеткам передавать сигналы . Углеводы мембраны одной клетки могут взаимодействовать с углеводами другой клетки.

Белки плазматической мембраны также могут способствовать общению. Трансмембранные белки действуют как рецепторы и могут связываться с сигнальными молекулами.

Поскольку сигнальные молекулы имеют тенденцию быть слишком большими для проникновения в клетку, их взаимодействия с белками помогают создать путь ответов. Это происходит, когда белок изменяется из-за взаимодействия с сигнальной молекулой и запускает цепочку реакций.

Здоровье и мембранные рецепторы плазмы

В некоторых случаях мембранные рецепторы клетки используются против организма, чтобы инфицировать его.Например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) может использовать собственные рецепторы клетки для проникновения в клетку и инфицирования клетки.

HIV имеет выступы гликопротеинов на своей внешней стороне, которые соответствуют рецепторам на поверхности клеток. Вирус может связываться с этими рецепторами и попадать внутрь.

Другой пример важности маркерных белков на поверхности клеток наблюдается в красных кровяных тельцах человека . Они помогают определить, какая у вас группа крови: A, B, AB или О. Эти маркеры называются антигенами и помогают вашему организму распознавать собственные клетки крови.

Важность плазменной мембраны

У эукариот нет клеточных стенок, поэтому плазматическая мембрана — единственное, что препятствует проникновению или выходу веществ из клетки. Однако прокариоты и растения имеют как клеточные стенки, так и плазматические мембраны. Наличие только плазматической мембраны позволяет эукариотическим клеткам быть более гибкими.

Плазматическая мембрана или клеточная мембрана действует как защитное покрытие для клетки у эукариот и прокариот.Этот барьер имеет поры, поэтому некоторые молекулы могут входить в клетки или выходить из них. Фосфолипидный бислой играет важную роль в качестве основы клеточной мембраны. Вы также можете найти холестерин и белки в мембране. Углеводы, как правило, присоединяются к белкам или липидам, но они играют решающую роль в иммунитете и клеточной коммуникации.

Клеточная мембрана — это жидкая структура , , которая движется и изменяется. Это похоже на мозаику из-за различных встроенных молекул. Плазматическая мембрана обеспечивает поддержку клетки, помогая при передаче сигналов и транспортировке клеток.

Клетка: Руководство по гистологии

Плазменная мембрана

Плазматическая мембрана действует как динамический интерфейс между клеткой и его окрестности. Все, что входит или выходит из камеры, должно пересекать это мембрана, и существуют различные механизмы, которые делают это возможным. В Кроме того, плазматическая мембрана содержит рецепторы, которые позволяют клетке отслеживать и реагировать на изменения, происходящие за его пределами.

На этом снимке показаны плазматические мембраны двух клеток (обозначены двумя стрелками) с межклеточным пространством между ними.Каждая мембрана выглядит как две параллельные электронно-плотные (темные) линии с узкой щелью между ними.

Глядя на масштабную линейку, можете ли вы определить приблизительную толщину из плазматических мембран есть?

На приведенной выше диаграмме показаны составные части плазматической мембраны.

Липидный бислой плазматических мембран состоит из фосфолипидов, гликолипидов, и холестерин.

Фосфолипид s: Существует четыре основных типа фосфолипидов: фосфатидилхолин, сфингомиелин, фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин.Только фосфатидилхолин несет чистый отрицательный заряд, как показано, и эта молекула находится только на цитозольной стороне мембраны. Эти четыре фосфолипида составляют примерно половину массы липида. Есть и другие фосфолипиды, называемые фосфолипидами инозита, которые присутствуют в более мелких количества. Эти липиды важны для передачи сигналов клетками. Липидный бислой также содержит гликолипиды и холестерин.

Холестерин : мембраны эукариот содержат почти один молекула холестерина на каждую молекулу фосфолипида (не показано на схеме).Холестерин делает плазматическую мембрану более жесткой (меньше жидкости) и помогает сделать мембраны проницаемыми для небольшого количества воды растворимые молекулы.

Гликолипиды : это сахаросодержащие липидные молекулы, и они находятся только на внеклеточной стороне липидного бислоя.

На этом графике показано содержимое мембран разных клеток, и клеточные органеллы.

Помимо плазматической мембраны, окружающей клетку, другие мембраны разделить внутреннюю часть камеры на несколько отсеков и эти мембраны по составу аналогичны плазматической мембране:

Ядро и клеточные органеллы: эндоплазматический Ретикулум (ER), аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, эндосомы, Пероксисомы и секреторные пузырьки.

Молекулярные выражения Клеточная биология: плазменная мембрана


Плазменная мембрана

Все живые клетки, прокариотические и эукариотические, имеют плазматическую мембрану, которая закрывает их содержимое и служит полупористым барьером для внешней среды. Мембрана действует как граница, удерживая компоненты клетки вместе и препятствуя проникновению других веществ. Однако плазматическая мембрана проницаема для определенных молекул и позволяет питательным веществам и другим важным элементам проникать в клетку, а отходам — ​​покидать клетку.Небольшие молекулы, такие как кислород, углекислый газ и вода, могут свободно проходить через мембрану, но прохождение более крупных молекул, таких как аминокислоты и сахара, тщательно регулируется.

Согласно принятой в настоящее время теории, известной как модель жидкой мозаики , плазматическая мембрана состоит из двойного слоя ( бислой ) липидов, маслянистых веществ, присутствующих во всех клетках (см. Рисунок 1). Большинство липидов в бислое можно более точно описать как фосфолипиды , то есть липиды, которые содержат фосфатную группу на одном конце каждой молекулы.Фосфолипиды обычно являются гидрофильными («водолюбивыми») на их фосфатных концах и гидрофобными («водобоязненными») вдоль их липидных хвостовых областей. В каждом слое плазматической мембраны гидрофобные липидные хвосты ориентированы внутрь, а гидрофильные фосфатные группы выровнены так, что они обращены наружу, либо к водному цитозолю клетки, либо к внешней среде. Фосфолипиды имеют тенденцию к спонтанной агрегации по этому механизму всякий раз, когда они подвергаются воздействию воды.

Внутри фосфолипидного бислоя плазматической мембраны встроено множество разнообразных белков, в то время как другие белки просто прикрепляются к поверхностям бислоя. Некоторые из этих белков, в первую очередь те, которые, по крайней мере, частично экспонируются на внешней стороне мембраны, имеют углеводы, прикрепленные к их внешней поверхности, и поэтому называются гликопротеинами . Расположение белков вдоль плазматической мембраны частично связано с организацией филаментов, составляющих цитоскелет, которые помогают закрепить их на месте.Расположение белков также включает гидрофобные и гидрофильные области, обнаруженные на поверхности белков: гидрофобные области связаны с гидрофобной внутренней частью плазматической мембраны, а гидрофильные области простираются за поверхность мембраны либо во внутреннюю часть клетки, либо во внешнюю. среда.

Белки плазматической мембраны функционируют по-разному. Многие из белков играют роль в селективном транспорте определенных веществ через бислой фосфолипидов, действуя либо как каналы, либо как активные транспортные молекулы.Другие действуют как рецепторы, которые связывают молекулы, обеспечивающие информацию, такие как гормоны, и передают соответствующие сигналы на основе полученной информации внутрь клетки. Мембранные белки также могут проявлять ферментативную активность, катализируя различные реакции, связанные с плазматической мембраной.

С 1970-х годов плазматическую мембрану часто описывают как жидкую мозаику , что отражает открытие, что часто липидные молекулы в бислое могут перемещаться в плоскости мембраны.Однако в зависимости от ряда факторов, включая точный состав бислоя и температуру, плазменные мембраны могут претерпевать фазовые переходы , , которые делают их молекулы менее динамичными и создают более гелеобразное или почти твердое состояние. Клетки могут регулировать текучесть своих плазматических мембран в соответствии со своими конкретными потребностями, синтезируя больше определенных типов молекул, например, с особыми типами связей, которые поддерживают их текучесть при более низких температурах.Присутствие холестерина и гликолипидов, которые содержатся в большинстве клеточных мембран, также может влиять на молекулярную динамику и ингибировать фазовые переходы.

У прокариот и растений плазматическая мембрана является внутренним слоем защиты, поскольку жесткая клеточная стенка образует внешнюю границу для их клеток. Стенка клетки имеет поры, которые позволяют материалам входить в клетку и покидать ее, но они не очень избирательны в отношении того, что проходит через нее. Плазматическая мембрана, выстилающая клеточную стенку, обеспечивает окончательный фильтр между внутренней частью клетки и окружающей средой.

Считается, что клетки эукариотических животных произошли от прокариот, утративших свои клеточные стенки. Оставив только гибкую плазматическую мембрану, окружающую их, эти первобытные существа смогли бы увеличиваться в размерах и становиться сложнее. Эукариотические клетки обычно в десять раз больше, чем прокариотические клетки, и имеют мембраны, содержащие внутренние компоненты, органеллы. Подобно внешней плазматической мембране, эти мембраны также регулируют поток материалов, позволяя клетке разделять свои химические функции на отдельные внутренние части.

НАЗАД К СТРУКТУРЕ КЛЕТКИ ЖИВОТНЫХ

НАЗАД К СТРУКТУРЕ ЯЧЕЙКИ ЗАВОДА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт обслуживается нашим

Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18
Счетчик доступа с 1 октября 2000 г .: 1434299
Микроскопы предоставленные:

Функции, структура и схема клеточной мембраны

Клеточная мембрана или плазменная мембрана — это тонкий избирательно проницаемый слой, отделяющий внутреннюю часть клетки от внешней среды.Клеточная мембрана служит внешней границей живой клетки, а также образует границу для внутреннего клеточного компартмента, в котором находятся органеллы. Он состоит из полупроницаемого липидного бислоя и регулирует транспортировку материалов, которые входят в клетку и выходят из нее.

Что такое клеточная мембрана?

Клеточная мембрана или плазматическая мембрана также известна как цитоплазматическая мембрана и исторически называлась плазмалеммой .Мембраны обеспечивают защиту клетки и создают фиксированную среду внутри клетки. Клеточные мембраны очень важны для каждой клетки, поскольку они поддерживают клеточную целостность и образуют динамическую структуру, обладающую замечательной активностью. Они подобны проницаемым барьерам, отделяющим внутреннюю часть клетки от внешней среды. Однако плазматическая мембрана регулирует поток молекул в клетку и из клетки. Также обеспечивает множество функциональных свойств специализированных клеток, таких как обеспечение связи с окружающей внеклеточной жидкостью и другими клетками.

Однако на мембране клетки есть белки, которые взаимодействуют с другими клетками. Эти белки могут быть гликопротеинами (сахар и белковая составляющая) или липидными белками (жир и белок), которые прилипают к плазматической мембране и позволяют одной клетке взаимодействовать с другой клеткой.

В клеточной мембране липидный бислой, включающий холестерины (липидный компонент), находится между фосфолипидами, чтобы поддерживать их текучесть при различных температурах, а мембранные белки, включая интегральные белки, проходят через мембрану, выступая в качестве мембранных переносчиков.Кроме того, периферические белки, которые свободно прикрепляются к внешней (периферической) стороне клеточной мембраны, действуют как ферменты, формирующие клетку. Поскольку клеточная мембрана контролирует перемещение веществ в клетки и органеллы и из них, она избирательно проницаема для ионов и органических молекул.

Moreso, существуют разные типы клеточных мембран в разных типах клеток. Клеточная мембрана, как правило, содержит много холестерина в качестве липидного компонента. Хотя это отличается от некоторых других мембран внутри клетки.Однако существуют разные растения и микробы, такие как бактерии и водоросли, которые имеют разные защитные механизмы. У них есть клеточная стенка снаружи, и клеточная стенка более жесткая и структурно более прочная, чем плазматическая мембрана или клеточная мембрана.

Клетка животного подобна системе мембран, которая делит ее на множество отсеков. Следовательно, мембраны внутри клетки окружают различные органеллы. Многие клеточные функции выполняются в мембранных органеллах. Более того, эти внутренние мембраны имеют много общих структурных особенностей с плазматическими мембранами и являются участками многих ферментативных реакций клетки и систем внутренней коммуникации.

Например, ядро, которое содержит генетический материал клетки, окружено двойной мембраной с большими порами, которые позволяют обмениваться материалами между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана является продолжением мембраны эндоплазматического ретикулума, который синтезирует липиды для всех клеточных мембран. Кроме того, белки синтезируются рибосомами, которые либо прикреплены к эндоплазматической сети, либо свободно взвешиваются в содержимом клетки. Митохондрии, которые являются единицами окисления и накопления энергии в клетке, имеют внешнюю мембрану, легко проницаемую для многих веществ, и менее проницаемую внутреннюю мембрану, усеянную транспортными белками и производящими энергию ферментами.

Что делает клеточная мембрана?

Плазматическая мембрана, однако, действует как селективный привратник для входа и выхода многих веществ во время клеточного метаболизма. Поскольку он переносит питательные вещества в клетку, а также выводит токсичные вещества из клетки, некоторые вещества могут легко проходить через мембрану, а некоторые нет. Некоторые вещества поступают медленно и с трудом, тогда как некоторые не могут попасть вообще. Это связано с тем, что условия вне ячейки отличаются и более изменчивы, чем условия внутри ячейки.Следовательно, важно строго контролировать прохождение веществ через мембрану. Однако существует 3 основных способа проникновения вещества через плазматическую мембрану:

  • Через опосредованную транспортную систему, в которой вещество связывается с определенным участком трансмембранного белка, который помогает ему проникать через мембрану.
  • Диффузия по концентрированному градиенту
  • Путем эндоцитоза, при котором вещество заключено в везикулу, которая образуется с поверхности мембраны и отделяется внутри клетки.

Кроме того, клеточные мембраны участвуют во множестве клеточных процессов, таких как клеточная адгезия, ионная проводимость, передача сигналов клеток, и служат поверхностью прикрепления для нескольких внеклеточных структур, включая клеточную стенку, углеводный слой (гликокаликс) и внутриклеточная сеть белковых волокон (цитоскелет). Однако в области синтетической биологии клеточные мембраны можно собрать искусственно.

Схема клеточной мембраны

Схема клеточной мембраны, иллюстрирующая жидко-мозаичную модель клеточной мембраны
Фотография предоставлена: Изображение из «Интегрированных принципов зоологии» (пятнадцатое издание) Хикмана, Робертса, Кина, Эйзенхора, Ларсона, Айенсона.Pg 40 Структура клеточной мембраны (плазменная мембрана)
Фото предоставлено: https://micro.magnet.fsu.edu

Структура плазменной мембраны

Клеточная мембрана чрезвычайно тонкая, ее размер составляет около 7,5-10 нм, что при увеличении может видно, что он состоит из трех слоев (внешний вид триламинара). Кроме того, это тонкий полупроницаемый слой, состоящий из белков и жиров. Плазменная мембрана состоит из липидов и гликопротеинов.

Модель жидкой мозаики — это недавно принятая концепция, описывающая структуру клеточной мембраны (плазматической мембраны).Под электронной микроскопией клеточная мембрана выглядит как две темные линии. Каждая из линий имеет толщину примерно 3 нм с каждой стороны световой зоны. Он создает изображение в результате бислоя фосфолипидов (2 слоя молекул фосфолипидов), которые все ориентированы своими водорастворимыми (гидрофильными) концами наружу, а их жирорастворимые части (гидрофобными) — внутрь мембраны. Важной особенностью бислоя фосфолипидов является то, что он похож на жидкость.

Эта особенность придает мембране гибкость и позволяет молекулам фосфолипидов свободно перемещаться вбок в пределах их собственного монослоя.Однако молекулы холестерина вкраплены в липидную часть бислоя. Делает мембрану еще менее проницаемой для водорастворимых ионов и молекул. Таким образом снижается гибкость мембраны.

Модель жидкой мозаики

Модель жидкой мозаики С. Дж. Сингера и Г. Л. Николсона (1972) заменила более раннюю модель Дэвсона и Даниелли. Итак, модель жидкой мозаики — это недавно принятая концепция, описывающая структуру клеточной мембраны (плазматической мембраны). Согласно модели жидкой мозаики, мембрану можно рассматривать как двумерную жидкость, в которой молекулы липидов и белков диффундируют более или менее легко.Хотя липидные бислои, составляющие основу мембран, действительно образуют двухмерные жидкости сами по себе, плазматическая мембрана также содержит большое количество белков, которые обеспечивают большую структуру. Однако белковые комплексы, пикеты и заборы, образованные цитоскелетом на основе актина, и потенциально липидные рафты являются примерами таких структур.

Состав клеточной мембраны

Клеточные мембраны содержат множество биологических молекул, в первую очередь липидов и белков.Однако их состав не является неизменным и постоянно меняется в зависимости от текучести, изменения окружающей среды и даже колеблется на разных стадиях развития клетки. Например, количество холестерина в мембране первичных нейронных клеток человека изменяется, и это изменение в составе влияет на текучесть на всех стадиях развития. Ниже перечислены биологические молекулы, из которых состоит клеточная мембрана:

Липиды придают клеточным мембранам жидкий характер с консистенцией, как у светлого масла.Клеточная мембрана содержит 3 класса амфипатических липидов: фосфолипиды, стерины и гликолипиды. Однако количество каждого из этих амфипатических липидов зависит от типа клеток. Хотя фосфолипиды являются наиболее распространенными в большинстве случаев, обычно составляя более 50% всех липидов в клеточных мембранах, гликолипиды составляют небольшое количество, около 2%, тогда как стерины составляют остальное. Однако в исследованиях эритроцитов около 30% плазматической мембраны составляют липиды. В состав плазматических мембран входит примерно половина белков и половина липидов по массе для большинства эукариотических клеток.

Жирные цепи в фосфолипидах и гликолипидах обычно содержат четное число атомов углерода, обычно от 16 до 20. Однако некоторые организмы обладают способностью регулировать текучесть своих клеточных мембран путем изменения липидного состава. Эта особенность называется гомеовязкой адаптацией.

Молекулы фосфолипидов в клеточной мембране находятся в жидкокристаллическом состоянии в физиологических условиях. Это означает, что молекулы липидов могут свободно диффундировать и проявлять быструю латеральную диффузию внутри слоя, в котором они присутствуют.На самом деле обмен молекулами фосфолипидов между внутриклеточными и внеклеточными листочками бислоя — очень медленный процесс.

Однако липидные рафты и кавеолы ​​являются примерами обогащенных холестерином микродоменов в клеточной мембране. Фракция липида, находящаяся в прямом контакте с интегральными мембранными белками, которые прочно связаны с поверхностью белка, называется кольцевой липидной оболочкой, и она ведет себя как часть белкового комплекса.

В клетках животных холестерин обычно диспергирован в нерегулярных пространствах между гидрофобными хвостами мембранных липидов, где он оказывает на мембрану эффект жесткости и укрепления.Кроме того, количество холестерина в биологических мембранах варьируется между организмами, типами клеток и даже отдельными клетками.

Холестерин является основным компонентом мембран клеток животных, который регулирует текучесть всей мембраны. Это означает, что холестерин контролирует количество движения различных компонентов клеточной мембраны в зависимости от их концентраций. Кроме того, при высоких температурах он подавляет движение цепей фосфолипидных жирных кислот и вызывает снижение проницаемости для малых молекул и текучести мембран.Однако при более низких температурах происходит обратное.

Производство и концентрация холестерина увеличиваются в ответ на низкую температуру. При низких температурах холестерин мешает взаимодействию цепей жирных кислот и, действуя как антифриз, поддерживает текучесть мембраны. Вот почему холестерин больше у животных в холодную погоду, чем у животных в теплую погоду, а стеролы выполняют ту же функцию, что и холестерин у растений, в которых холестерин отсутствует.

Клеточные мембраны также содержат углеводы, особенно гликопротеины, но с некоторыми гликолипидами (цереброзиды и ганглиозиды).Длинные молекулы углеводов прикрепляются к белкам на внешней поверхности за пределами плазматической мембраны. Углеводы очень важны для распознавания клеток у эукариот. Углеводы расположены на поверхности клетки, где они распознают клетки-хозяева и обмениваются информацией.

Гликозилирование происходит на внеклеточной поверхности плазматической мембраны, и гликокаликс является важной особенностью всех клеток, особенно эпителиальных с микроворсинками. Гликокаликс участвует в адгезии клеток и перемещении лимфоцитов.Однако галактоза является предпоследним сахаром, а конечный сахар — сиаловой кислотой. Сиаловая кислота несет отрицательный заряд, который создает внешний барьер для заряженных частиц.

Клеточная мембрана имеет большое количество белков, обычно около 50% от объема мембраны, которые важны для клетки. Эти белки отвечают за различную биологическую активность. Мембранные белки состоят из 3 основных типов:

  • Интегральные белки или трансмембранные белки: Примерами являются ионные каналы, протонные насосы и рецепторы, связанные с G-белками.Ионные каналы позволяют неорганическим ионам диффундировать вниз своим электрохимическим градиентом через липидный бислой через гидрофильные поры через мембрану. Нервные клетки контролируются ионными каналами, а протонные насосы — это белковые насосы в липидном бислое, которые позволяют протонам перемещаться через мембрану, переходя от одной боковой цепи аминокислоты к другой. Рецепторы, связанные с G-белком, используются в передаче сигналов от клетки к клетке, регуляции продукции цАМФ и регуляции ионных каналов.
  • Периферические белки : Примерами являются некоторые ферменты и гормоны.
  • Заякоренные в липидах белки : Примером являются G-белки.

Липидный бислой плазматической мембраны

Липидный бислой представляет собой двойной слой молекул фосфолипидов, холестерина и гликолипидов, которые содержат цепи жирных кислот. Они определяют, образуется ли мембрана в виде длинных плоских листов или круглых пузырьков. Липидные слои образуются в процессе самосборки.Клеточные мембраны состоят в основном из тонкого слоя амфипатических фосфолипидов, которые спонтанно располагаются так, что гидрофобные хвостовые области изолированы от окружающей воды. Это происходит, когда гидрофильные участки головы взаимодействуют с внутриклеточными (цитозольными) и внеклеточными поверхностями образовавшегося бислоя. Однако при этом образуется непрерывный сферический липидный бислой.

Гидрофобный эффект (гидрофобные взаимодействия) — основная движущая сила в формировании липидных бислоев.Фактически, усиление взаимодействия между гидрофобными молекулами позволяет молекулам воды более свободно связываться друг с другом, увеличивая энтропию системы. Это сложное взаимодействие может включать нековалентные взаимодействия, такие как ван-дер-ваальсовы, электростатические и водородные связи.

Двухслойная структура фосфолипидов со специфическими мембранными белками отвечает за избирательную проницаемость мембраны с пассивными и активными механизмами транспорта. В липидном бислое находятся большие белки, которые переносят ионы и водорастворимые молекулы через мембрану.

Обычно липидные бислои непроницаемы для ионов и полярных молекул. Расположение гидрофильных головок и гидрофобных хвостов липидного бислоя предотвращает диффузию полярных растворенных веществ через мембрану. Хотя он допускает пассивную диффузию гидрофобных молекул. Это дает клетке возможность контролировать движение этих веществ через трансмембранные белковые комплексы, такие как поры, каналы и ворота. Некоторые белки клеточной мембраны образуют открытые поры. Эти поры называются мембранными каналами, которые обеспечивают свободную диффузию ионов внутрь и из клетки.В то время как другие связываются с определенными молекулами на одной стороне мембраны и переносят молекулы на другую сторону.

Мембранные структуры

Клеточная мембрана может образовывать несколько типов супрамембранных (т.е. мембран, расположенных над другой) структур. Эти структуры отвечают за клеточную адгезию, коммуникацию, экзоцитоз и эндоцитоз. Такими структурами являются:

  • Caveola : особый тип липидного рафта, который представляет собой небольшие (50–100 нанометров) инвагинации плазматической мембраны во многих типах клеток позвоночных.
  • Постсинаптическая плотность : плотная белковая специализация, прикрепленная к постсинаптической мембране.
  • Подосома : представляет собой коническую, богатую актином структуру, которая находится на внешней поверхности плазматической мембраны клеток животных. Их диаметр составляет примерно 0,5–2,0 мкм.
  • Invadopodium : богатый актином выступ плазматической мембраны, похожий на подосомы. Однако инвадоподии связаны с деградацией внеклеточного матрикса в результате инвазивности рака и метастазирования.
  • Фокусные адгезии : Это большие макромолекулярные сборки или субклеточные структуры, которые опосредуют регуляторные эффекты (сигнальные события) клетки в ответ на адгезию внеклеточного матрикса (ЕСМ).
  • Различные типы клеточных соединений : Клеточные соединения представляют собой класс клеточных структур, которые состоят из мультибелковых комплексов, которые обеспечивают контакт или адгезию между соседними клетками или между клеткой и внеклеточным матриксом у животных.

Они состоят из определенных белков, таких как интегрины и кадгерины.Эти надмембранные структуры можно увидеть с помощью электронной или флуоресцентной микроскопии.

Полярность мембраны

Апикальная мембрана поляризованной клетки — это поверхность клеточной мембраны, которая обращена внутрь к просвету. Это особенно заметно в эпителиальных и эндотелиальных клетках, но также описывает другие поляризованные клетки, такие как нейроны.

Базолатеральная мембрана поляризованной клетки — это поверхность плазматической мембраны, которая образует ее базальную и боковую поверхности.Однако базолатеральная мембрана — это сложная фраза, относящаяся к терминам базальная (базовая) мембрана и боковая (боковая) мембрана, которые идентичны по составу и активности, особенно в эпителиальных клетках. Мембрана обращена наружу, к интерстицию, от просвета. Более того, белки (такие как ионные каналы и насосы) могут свободно перемещаться от базальной к боковой поверхности клетки или наоборот в соответствии с моделью жидкой мозаики.

Эпителиальные клетки соединены плотными контактами около их апикальной поверхности, чтобы предотвратить миграцию белков с базолатеральной мембраны на апикальную мембрану.

Цитоскелет клеточной мембраны

Цитоскелет находится под клеточной мембраной в цитоплазме. Элементы цитоскелета широко и тесно взаимодействуют с клеточной мембраной. Цитоскелет закрепляет белки и ограничивает их пределами определенной клеточной поверхности. Например, это апикальная поверхность эпителиальных клеток, которые выстилают кишечник позвоночных и ограничивают то, как далеко они могут диффундировать в бислой.

Кроме того, цитоскелет обладает способностью образовывать органеллы, подобные придаткам, такие как реснички, которые представляют собой удлинения на основе микротрубочек, покрытые клеточной мембраной, и филоподии, которые являются расширениями на основе актина. Эти придатковые органеллы заключены в оболочку мембраны и выступают из поверхности клетки, чтобы ощущать внешнюю среду и вступать в контакт с субстратом или другими клетками.

Апикальные поверхности эпителиальных клеток плотные с микроворсинками (пальцеобразными выступами на основе актина), которые увеличивают площадь поверхности клетки.Следовательно, увеличивается скорость усвоения питательных веществ. Однако локальное разъединение цитоскелета и клеточной мембраны приводит к образованию пузыря.

Проницаемость

Проницаемость мембраны — это скорость пассивной диффузии молекул через мембрану. Однако проницаемость мембраны зависит исключительно от электрического заряда, полярности молекулы и, в меньшей степени, от молярной массы молекулы.

Следовательно, из-за гидрофобной природы клеточной мембраны небольшие электрически нейтральные молекулы проходят через мембрану легче, чем заряженные большие.Следовательно, неспособность заряженных молекул проходить через клеточную мембрану приводит к распределению pH веществ по жидкостным отсекам тела.

Варианты клеточной мембраны

Наиболее важно то, что клеточная мембрана имеет различный липидный и белковый состав в разных типах клеток. Поэтому они могут иметь определенные имена для определенных типов ячеек. Например:

  • Сарколемма в мышечных клетках: Клеточная мембрана мышечных клеток называется сарколеммой.Средняя сарколемма имеет толщину 10 нм по сравнению с толщиной 4 нм обычной клеточной мембраны. Несмотря на то, что она похожа на другие клеточные мембраны, сарколемма имеет другие функции, которые отличают ее, например, сарколемма передает синаптические сигналы. Это помогает генерировать потенциалы действия и активно участвует в сокращении мышц. Он также составляет небольшие каналы, называемые Т-канальцами, которые проходят через все мышечные клетки.
  • Оолемма в ооцитах: Клеточная мембрана ооцитов — это оолемма.Ооциты — это незрелые яйцеклетки. Оолемма не имеет бислоя и не состоит из липидов. Вместо этого структура имеет внутренний слой (оболочку удобрения). Кроме того, внешний вид состоит из желточного слоя, который состоит из гликопротеинов. Однако каналы и белки все еще присутствуют для выполнения своих функций в мембране.
  • Аксолемма : Аксолемма — это специализированная плазматическая мембрана на аксонах нервных клеток, которая отвечает за генерацию потенциала действия.Эта мембрана состоит из гранулированного, плотно упакованного липидного бислоя, который тесно взаимодействует с компонентами цитоскелета (спектрином и актином). Эти компоненты цитоскелета могут связываться и взаимодействовать с трансмембранными белками аксолеммы.

Какова функция клеточной мембраны?

Основные функции клеточной мембраны можно резюмировать следующим образом:

Функции клеточной мембраны

  1. В клеточной мембране есть липиды и гликопротеины, которые функционируют в основном как рецепторы и каналы, которые пропускают определенные молекулы (ионы, питательные вещества, отходы и продукты метаболизма), чтобы проходить между органеллами, а также между клеткой и внешней средой.
  2. Помогает не допустить попадания токсичных веществ в клетку и контролировать гомеостаз.
  3. Клеточная мембрана придает клетке форму, закрепляя цитоскелет, чтобы придать форму клетке.
  4. Он прикрепляется к внеклеточному матриксу и другим клеткам, удерживая их вместе, образуя ткани.
  5. Клеточные мембраны окружают цитоплазму клеток и отделяют внутриклеточные компоненты от внеклеточной среды, окружая клеточные органеллы и защищая их.
  6. Он также разделяет жизненно важные, но несовместимые метаболические процессы, происходящие в органеллах.
  7. Будучи избирательно проницаемой, клеточная мембрана способна регулировать то, что входит и выходит из клетки. Таким образом, облегчая транспортировку материалов, необходимых для выживания.

Поскольку клеточная мембрана работает как избирательно проницаемый слой, существует ряд транспортных механизмов, в которых задействованы плазматические мембраны. Транспортный механизм, например:

Диффузия — это перемещение молекул из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Таким образом достигается выравнивание концентрации по всей площади диффузии.Если живая клетка, окруженная мембраной, погружена в раствор, имеющий более высокую концентрацию молекул растворенного вещества, чем жидкость внутри клетки. Тогда между двумя жидкостями через мембрану мгновенно возникнет градиент концентрации.

Клеточные мембраны избирательно проницаемы. Они проницаемы для воды, но в разной степени проницаемы или непроницаемы для растворенных веществ. Однако при свободной диффузии именно эта избирательная проницаемость регулирует молекулярный трафик. Следовательно, газы, мочевина и жирорастворимые растворенные вещества (жиры, спирт и жироподобные вещества) являются единственными растворенными веществами, которые могут легко и с любой степенью свободы диффундировать через биологические мембраны.Сахара, макромолекулы и многие электролиты перемещаются через мембраны через каналы или посредством процессов, опосредованных носителями.

Осмос — это диффузия молекул воды из области с высокой концентрацией в область с меньшей концентрацией. Вода проходит через плазматическую мембрану посредством осмоса, потому что цитоплазма и внешняя среда обычно находятся в разных концентрациях. Процесс осмоса легко продемонстрировать с помощью эритроцитов.

Эксперимент с эритроцитами, демонстрирующий процесс осмоса
A: Красные кровяные тельца помещаются в стакан с чистой водой.Молекулы воды перемещаются в эритроциты через плазматическую мембрану. Переход из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Красные кровяные тельца набухают и лизируются.
B: Эритроциты помещают в стакан с изотоническим раствором. Нет чистого движения воды, потому что концентрация воды одинакова на каждой стороне мембраны.
C: Эритроциты помещают в гипертонический раствор. Концентрация молекул воды теперь выше внутри клеток.Таким образом, вода выходит из клеток в стакан, и клетки сжимаются.
Фотография предоставлена: Изображение из «Комплексных принципов зоологии» (пятнадцатое издание) Хикмана, Робертса, Кина, Эйзенхора, Ларсона, Айнсона. Pg 46

Однако вода и растворенные ионы не могут диффундировать через фосфолипидный компонент клеточной мембраны, поскольку они заряжены. Таким образом, они проходят через специализированные каналы, созданные трансмембранными белками. Следовательно, ионы и вода движутся по этим каналам путем диффузии. Эти закрытые каналы могут быть химически управляемых ионных каналов, потенциал-управляемых ионных каналов, или механически управляемых ионных каналов .

  • Опосредованный переносчиком транспорт

Некоторые молекулы важны для клетки. Поскольку важно, чтобы они входили в клетку и выходили из нее (например, сахар и аминокислота). Однако плазматическая мембрана является эффективным барьером для свободной диффузии большинства этих молекул, имеющих биологическое значение. Следовательно, такие молекулы перемещаются через мембрану с помощью трансмембранных белков , называемых транспортерами или переносчиками . Эти переносчики позволяют молекулам растворенных веществ пересекать фосфолипидный бислой.Они довольно специфичны, так как транспортируют только ограниченную группу химических веществ или иногда только одно вещество.

Существует 2 различных типа опосредованного транспортного механизма:

  • Облегченная диффузия или облегченный транспорт : переносчик помогает молекуле диффундировать через мембрану, через которую она не может проникнуть. Облегченная диффузия поддерживает движение только в направлении градиента концентрации. Для управления транспортной системой не требуется метаболическая энергия.Например, облегченная диффузия способствует транспортировке глюкозы (сахара в крови) в клетки организма. Клетки организма используют его в качестве основного источника для синтеза АТФ.
  • Активный транспорт : Энергия подается на транспортер для транспортировки молекул в направлении, противоположном градиенту концентрации. Здесь молекулы движутся против сил пассивной диффузии. Например, это активная транспортная система, которая поддерживает градиенты ионов натрия и калия между клетками и окружающей внеклеточной жидкостью или внешней средой.

Эндоцитоз — это поглощение клетками материалов. Это собирательный термин, который описывает 3 схожих процесса: фагоцитоз , пиноцитоз, и рецептор-опосредованный эндоцитоз .

Три типа эндоцитоза
При фагоцитозе клеточная мембрана связывается с крупной частицей и расширяется, чтобы поглотить ее, образуя везикулу, заключенную в мембрану, пищевую вакуоль или фагосому.
При пиноцитозе небольшие участки клеточной мембраны, несущие специфические рецепторы для небольшой молекулы или иона, инвагинируют с образованием кавеол.
Рецептор-опосредованный эндоцитоз — это механизм избирательного поглощения больших молекул в ямках, покрытых клатрином. Связывание лиганда с рецептором на поверхностной мембране стимулирует инвагинацию ямок. Лизосомы сливаются с везикулами, образованными во время фагоцитоза и рецепторно-опосредованного эндоцитоза. лизосомальные ферменты переваривают содержимое везикул, которое затем абсорбируется в цитоплазму путем диффузии или транспорта, опосредованного переносчиками.
Фотография предоставлена: Изображение из «Комплексных принципов зоологии» (пятнадцатое издание) Хикмана, Робертса, Кина, Эйзенхора, Ларсона, Айнсона.Pg 49

Поскольку материалы могут попадать в клетку посредством инвагинации мембраны и образования пузырьков. Экзоцитоз, однако, вовлекает мембрану везикулы, сливающуюся с клеточной мембраной и выталкивающую ее содержимое в окружающую среду.

Было ли это полезно? Пожалуйста, поделитесь сообщением:

5.1B: Модель жидкой мозаики — Biology LibreTexts

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Описание жидкой мозаичной модели клеточных мембран

Модель жидкой мозаики впервые была предложена С.Дж. Сингер и Гарт Л. Николсон в 1972 году объяснили структуру плазматической мембраны. Модель со временем несколько эволюционировала, но она по-прежнему лучше всего объясняет структуру и функции плазматической мембраны в том виде, в котором мы их теперь понимаем. Модель жидкой мозаики описывает структуру плазматической мембраны как мозаику компонентов, включая фосфолипиды, холестерин, белки и углеводы, что придает мембране жидкий характер. Плазменные мембраны имеют толщину от 5 до 10 нм. Для сравнения, красные кровяные тельца человека, видимые с помощью световой микроскопии, имеют ширину примерно 8 мкм, или примерно в 1000 раз шире плазматической мембраны.Соотношение белков, липидов и углеводов в плазматической мембране зависит от типа клетки. Например, миелин содержит 18% белка и 76% липидов. Внутренняя мембрана митохондрий содержит 76% белка и 24% липидов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Компоненты и функции плазматической мембраны : Основными компонентами плазматической мембраны являются липиды (фосфолипиды и холестерин), белки и углеводы, присоединенные к некоторым липидам и некоторым из них. протеины. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Жидкая мозаичная модель плазматической мембраны : Жидкая мозаичная модель плазматической мембраны описывает плазматическую мембрану как жидкую комбинацию фосфолипидов, холестерина и белков.Углеводы, прикрепленные к липидам (гликолипидам) и белкам (гликопротеинам), выходят из обращенной наружу поверхности мембраны.

Основная ткань мембраны состоит из амфифильных или двойно-любящих молекул фосфолипидов. Гидрофильные или водолюбивые области этих молекул контактируют с водной жидкостью как внутри, так и снаружи клетки. Гидрофобные или ненавидящие воду молекулы обычно неполярны. Молекула фосфолипида состоит из трехуглеродного глицеринового остова с двумя молекулами жирных кислот, присоединенными к атомам углерода 1 и 2, и фосфатсодержащей группой, присоединенной к третьему атому углерода.Такое расположение дает всей молекуле область, описываемую как ее голова (фосфатсодержащая группа), которая имеет полярный характер или отрицательный заряд, и область, называемую хвостом (жирные кислоты), которая не имеет заряда. Они взаимодействуют с другими неполярными молекулами в химических реакциях, но обычно не взаимодействуют с полярными молекулами. При помещении в воду гидрофобные молекулы имеют тенденцию образовывать шар или кластер. Гидрофильные области фосфолипидов имеют тенденцию образовывать водородные связи с водой и другими полярными молекулами как снаружи, так и внутри клетки.Таким образом, поверхности мембраны, обращенные внутрь и снаружи клетки, являются гидрофильными. Напротив, середина клеточной мембраны гидрофобна и не взаимодействует с водой. Следовательно, фосфолипиды образуют превосходную двухслойную липидную клеточную мембрану, которая отделяет жидкость внутри клетки от жидкости вне клетки.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Агрегация фосфолипидов : В водном растворе фосфолипиды имеют тенденцию располагаться так, чтобы их полярные головки были обращены наружу, а их гидрофобные хвосты были обращены внутрь.Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Структура молекулы фосфолипида : Эта молекула фосфолипида состоит из гидрофильной головки и двух гидрофобных хвостов. Гидрофильная головная группа состоит из фосфатсодержащей группы, присоединенной к молекуле глицерина. Гидрофобные хвосты, каждый из которых содержит насыщенную или ненасыщенную жирную кислоту, представляют собой длинные углеводородные цепи.

Белки составляют второй основной компонент плазматических мембран. Интегральные белки (некоторые специализированные типы называются интегринами), как следует из их названия, полностью интегрированы в структуру мембраны, и их гидрофобные области, охватывающие мембрану, взаимодействуют с гидрофобной областью фосфолипидного бислоя.Однопроходные интегральные мембранные белки обычно имеют гидрофобный трансмембранный сегмент, состоящий из 20-25 аминокислот. Некоторые охватывают только часть мембраны, соединяясь с одним слоем, в то время как другие простираются от одной стороны мембраны к другой и открываются с обеих сторон. Некоторые сложные белки состоят из до 12 сегментов одного белка, которые сильно свернуты и встроены в мембрану. Этот тип белка имеет гидрофильную область или области и одну или несколько умеренно гидрофобных областей.Такое расположение областей белка имеет тенденцию ориентировать белок рядом с фосфолипидами, при этом гидрофобная область белка примыкает к хвостам фосфолипидов, а гидрофильная область или области белка выступают из мембраны и контактируют с цитозолем или внеклеточной жидкости.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Структура интегральных мембранных белков : Интегральные мембранные белки могут иметь одну или несколько альфа-спиралей, охватывающих мембрану (примеры 1 и 2), или они могут иметь бета-листы, которые охватывают мембрана (пример 3).

Углеводы — третий важный компонент плазматических мембран. Они всегда находятся на внешней поверхности клеток и связаны либо с белками (образуя гликопротеины), либо с липидами (образуя гликолипиды). Эти углеводные цепи могут состоять из 2-60 моносахаридных единиц и могут быть как прямыми, так и разветвленными. Наряду с периферическими белками углеводы образуют на поверхности клетки специализированные участки, которые позволяют клеткам узнавать друг друга. Эта функция распознавания очень важна для клеток, поскольку она позволяет иммунной системе различать клетки тела (называемые «самими») и чужеродные клетки или ткани (называемые «чужими»).Подобные типы гликопротеинов и гликолипидов находятся на поверхности вирусов и могут часто меняться, не позволяя иммунным клеткам распознавать их и атаковать их. Эти углеводы на внешней поверхности клетки — углеводные компоненты как гликопротеинов, так и гликолипидов — вместе называются гликокаликсом (что означает «сахарное покрытие»). Гликокаликс обладает высокой гидрофильностью и привлекает большое количество воды к поверхности клетки. Это помогает во взаимодействии клетки с водной средой и в способности клетки получать вещества, растворенные в воде.

Ключевые точки

  • Основная ткань мембраны состоит из амфифильных или двойных молекул фосфолипидов.
  • Интегральные белки, второй основной компонент плазматических мембран, полностью интегрированы в структуру мембраны, их гидрофобные области, охватывающие мембрану, взаимодействуют с гидрофобной областью фосфолипидного бислоя.
  • Углеводы, третий главный компонент плазматических мембран, всегда находятся на внешней поверхности клеток, где они связаны либо с белками (образуя гликопротеины), либо с липидами (образуя гликолипиды).

Ключевые термины

  • амфифильный : имеющий одну поверхность, состоящую из гидрофильных аминокислот, и противоположную поверхность, состоящую из гидрофобных (или липофильных) аминокислот.
  • гидрофильный : обладает сродством к воде; может впитывать или намокать водой, «водолюбив».
  • гидрофобный : не обладает сродством к воде; не может впитывать или намокать водой, «боится воды».

Плазменная мембрана — определение, структура, функции

Определение плазменной мембраны

Плазматическая мембрана клетки — это сеть липидов и белков, которая образует границу между содержимым клетки и внешней частью клетки.Ее также называют просто клеточной мембраной. Основная функция плазматической мембраны — защита клетки от окружающей среды. Он полупроницаемый и регулирует материалы, входящие и выходящие из ячейки. Клетки всего живого имеют плазматические мембраны.

Функции плазматической мембраны

Физический барьер

Плазматическая мембрана окружает все клетки и физически отделяет цитоплазму, составляющую клетку, от внеклеточной жидкости вне клетки.Это защищает все компоненты клетки от внешней среды и позволяет отдельным действиям происходить внутри и вне клетки.

Плазматическая мембрана обеспечивает структурную поддержку клетки. Он скрепляет цитоскелет, который представляет собой сеть белковых нитей внутри клетки, которые удерживают все части клетки на месте. Это придает клетке форму. У некоторых организмов, таких как растения и грибы, помимо мембраны есть клеточная стенка. Клеточная стенка состоит из таких молекул, как целлюлоза.Он обеспечивает дополнительную поддержку клетки, и именно поэтому клетки растений не лопаются, как клетки животных, если в них диффундирует слишком много воды.

Selective Permeability

Плазменные мембраны избирательно проницаемы (или полупроницаемы), что означает, что только определенные молекулы могут проходить через них. Вода, кислород и углекислый газ могут легко проходить через мембрану. Как правило, ионы (например, натрия, калия) и полярные молекулы не могут проходить через мембрану; они должны проходить через определенные каналы или поры в мембране, а не свободно диффундировать через них.Таким образом, мембрана может контролировать скорость, с которой определенные молекулы могут входить и выходить из клетки.

Эндоцитоз и экзоцитоз

Эндоцитоз — это когда клетка поглощает относительно большее содержимое, чем отдельные ионы или молекулы, проходящие через каналы. Посредством эндоцитоза клетка может поглощать большое количество молекул или даже целых бактерий из внеклеточной жидкости. Экзоцитоз — это когда клетка высвобождает эти материалы. Клеточная мембрана играет важную роль в обоих этих процессах.Форма самой мембраны изменяется, позволяя молекулам входить или выходить из клетки. Он также образует вакуоли, маленькие пузырьки мембраны, которые могут транспортировать множество молекул одновременно, чтобы транспортировать материалы в разные места в клетке.

Передача сигналов клетками

Другая важная функция мембраны — облегчение коммуникации и передачи сигналов между клетками. Это достигается за счет использования в мембране различных белков и углеводов. Белки на клетке «маркируют» эту клетку, чтобы другие клетки могли ее идентифицировать.Мембрана также имеет рецепторы, которые позволяют ей выполнять определенные задачи, когда молекулы, такие как гормоны, связываются с этими рецепторами.

Структура плазменной мембраны

Подробная схема клеточной мембраны

Фосфолипиды

Мембрана частично состоит из молекул, называемых фосфолипидами, которые спонтанно образуют двойной слой с гидрофильными («водолюбивыми») головками снаружи и гидрофобными («водными») ненавидеть »). Эти взаимодействия с водой позволяют формироваться плазматическим мембранам.

Белки

Белки вклиниваются между липидами, составляющими мембрану, и эти трансмембранные белки позволяют молекулам, которые иначе не могли бы проникнуть в клетку, проходить через них, образуя каналы, поры или ворота. Таким образом, клетка контролирует поток этих молекул при их входе и выходе. Белки в клеточной мембране играют роль во многих других функциях, таких как передача сигналов, распознавание клеток и активность ферментов.

Углеводы

Углеводы также находятся в плазматической мембране; в частности, большинство углеводов в мембране являются частью гликопротеинов, которые образуются, когда углевод присоединяется к белку.Гликопротеины играют роль во взаимодействиях между клетками, включая клеточную адгезию, процесс, посредством которого клетки прикрепляются друг к другу.

Жидкая мозаика Модель

Технически клеточная мембрана представляет собой жидкость. При комнатной температуре оно имеет примерно такую ​​же консистенцию, как растительное масло. Липиды, белки и углеводы в плазматической мембране могут свободно диффундировать через клеточную мембрану; они фактически плавают по его поверхности. Это известно как модель жидкой мозаики, которую придумал С.Дж. Сингер и Г. Л. Николсон в 1972 г.

  • Клеточная стенка — Структура, которая окружает плазматическую мембрану клеток растений и грибов и обеспечивает дополнительную поддержку этим клеткам.
  • Фосфолипид — молекула, образующая характерный двойной слой плазматической мембраны.
  • Полупроницаемый — пропускает только определенные молекулы из-за химических свойств мембраны.
  • Fluid Mosaic Model — модель, которая описывает состав плазматической мембраны и то, как фосфолипиды, белки и углеводы свободно перемещаются в ней.

Тест

1. Какой тип молекулы образует двойной слой плазматической мембраны?
A. Фосфолипиды
B. Ионные каналы
C. Рибосомы
D. Дезоксирибонуклеиновая кислота

Ответ на вопрос № 1

A правильный. Фосфолипиды образуют двойной слой плазматической мембраны, спонтанно располагаясь таким образом, когда они находятся в водном (водном) растворе.Ионные каналы также находятся в мембране, но они не отвечают за формирование двойного слоя. Внутри клетки находятся рибосомы и дезоксирибонуклеиновая кислота; рибосомы производят белки, а дезоксирибонуклеиновая кислота — это ДНК, генетический материал.

2. Какое предложение лучше всего описывает модель жидкой мозаики?
A. Плазматическая мембрана позволяет жидкости проходить между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой.
B. Слишком много жидкости приведет к взрыву клеток животных.
C. Компоненты мембраны укладываются на место, как плитки в мозаике.
D. Липиды, белки и углеводы плазматической мембраны свободно перемещаются по ее поверхности.

Ответ на вопрос № 2

D правильный. Модель жидкой мозаики описывает жидкое движение липидов, белков и углеводов, составляющих плазматическую мембрану. Эти компоненты свободно перемещаются по его поверхности.

3.Что НЕ является функцией плазматической мембраны?
A. Для выработки энергии для работы клеток
B. Для защиты клетки от окружающей среды
C. Для облегчения межклеточной коммуникации
D. Для управления скоростью определенных молекул вход и выход из ячейки

Ответ на вопрос № 3

Код правильный. Варианты B, C и D — все функции плазматической мембраны. Митохондрия — это часть клетки, которая вырабатывает энергию.

Клеточная биология 02: Плазменная мембрана

В этом семестре я хожу на курс клеточной биологии в Гарвардском отделении. Мой план состоит в том, чтобы превратить мои заметки из каждой лекции в сообщение в блоге, выясняя, как все, что мы узнали, связано с PrP (и, возможно, с хантингтином) на этом пути. Первый урок был просто обзором и учебной программой, поэтому я начинаю лекцию 2: плазматическая мембрана.

Плазматическая мембрана относится как к мембране, окружающей клетки, так и к мембранам, окружающим органеллы внутри клетки.Считается, что функции плазматической мембраны следующие:

  • Компартментализация (отделение органелл от других веществ)
  • Строительные леса (придают форму ячейки)
  • Барьер (не пускайте одни вещи, а другие внутрь)
  • Привратник (пропускает одни вещи, а другие нет)
  • Мониторинг внешних сигналов (рецепторы на мембране сигнализируют другим белкам внутри клетки)
  • Передача энергии (передача энергии через мембрану?)

Мембрана состоит из липидного бислоя (красный / оранжевый / желтый цвет на диаграмме выше).Он состоит преимущественно из молекул фосфолипидов, которые являются амфипатическими — частично гидрофобными и частично гидрофильными:

Они содержат сверху вниз:

  1. Группа полярных голов. Он может быть заряжен: серин (-), инозит (-), или он может быть нейтральным, как с положительно, так и с отрицательно заряженными группами: холин, этаноламин.
  2. Глицериновый линкер.
  3. Фосфатная группа.
  4. Две цепи жирных кислот.

Группа полярных головок обращена наружу в водное внутриклеточное или внеклеточное пространство, в то время как гидрофобная внутренняя часть мембраны представляет собой цепи жирных кислот.Фосфолипиды названы в честь их головных групп, например, фосфатидилсерин (PS), фосфатидилхолин (PC), фосфатидилэтаноламин (PE), фосфатидилинозит (PI). Затем, случайным образом, есть также сфингомиелин, который имеет головную группу этаноламина, но отличается от других тем, что он имеет сфингозин (аминоспирт с длинной углеродной цепью) вместо одной из цепей жирных кислот и амидный линкер вместо глицерина.

Жировые части — липиды — составляют около 50% от общей массы мембраны.Цепи жирных кислот могут быть насыщенными или ненасыщенными, что объясняет некоторое разнообразие свойств мембран. Насыщенные цепи не имеют двойных связей (все связывающие способности атомов углерода используются атомами водорода), поэтому цепи лежат прямо, плотно упакованы и сильно взаимодействуют друг с другом. Ненасыщенные цепи образуют изгибы из-за двойных связей — большинство жирных кислот в природе представляют собой жирные кислоты цис , что означает, что все водороды находятся на одной стороне, поэтому цепь изгибается; транс жиры, которых много в фаст-фуде, но редко по природе, лежат более ровно, как насыщенные жиры.Изгибы в ненасыщенных жирных кислотах цис делают их менее плотными, а большее пространство делает мембрану более «жидкой». Здесь «жидкость» означает, что другим объектам (например, трансмембранным белкам) легче перемещаться в двух измерениях вдоль плоскости мембраны.

Фосфолипиды — это не все, а большая часть липидного бислоя. Существуют также гликолипиды, в которых вместо фосфата содержится глицерин (сахар). Они составляют 2-10% массы мембраны, и их больше в нервной системе, чем где-либо еще.Холестерин также является важной частью мембраны. Вот как выглядит холестерин:

ОН делает его полярным на этом конце, в то время как кольца и углеродная цепь на другом конце являются гидрофобными. Таким образом, это также амфипатическая молекула, хотя она не может сама образовывать липидные бислои. Холестерин — это стероид, который, по-видимому, является химическим обозначением, относящимся к этому ядру с четырьмя кольцами, а не функциональным обозначением. Холестерин содержится в основном в эукариотах, а не в мембранах бактерий.Его объемная четырехкольцевая структура делает мембрану менее гибкой, головная группа ОН сильно взаимодействует с другими головными группами фосфолипидов, удерживая их на месте, а углеводородная цепь сильно взаимодействует с цепями жирных кислот фосфолипидов, заставляя их упаковываться более плотно. По всем этим причинам холестерин снижает текучесть мембран, хотя и зависит от температуры (более высокая температура означает большую текучесть).

Две половины липидного бислоя называются листочками: цитоплазматический листок обращен (предсказуемо) к цитоплазме, тогда как экзоплазматический листок обращен наружу клетки или внутрь органеллы.Вот быстрое сравнение состава:

Сторона экзоплазмы имеет тенденцию быть менее жидкой. Но обе стороны довольно подвижны, фосфолипиды постоянно перемещаются в двух измерениях («боковая диффузия»), вращаясь, изгибая хвосты («изгиб») и, очень редко, переключаясь с одной листочки на другую («перебрасывание». ).

Аккуратный лабораторный протокол для изучения текучести мембраны — восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP). В этом протоколе интересующая молекула флуоресцентно помечена — например, мембранный белок помечен флуоресцентно меченным антителом или слит с зеленым флуоресцентным белком, или амфипатическая молекула помечена флуорофором.Затем вы «обесцвечиваете» часть мембраны лазером, который исчерпывает флуоресцентные свойства флуоресцентной молекулы в этом пластыре. Затем вы наблюдаете, как все еще флуоресцентные молекулы из других частей мембраны диффундируют в обесцвеченный участок. Основная цель здесь — увидеть, насколько «подвижен» белок, который вы изучаете. Обычно мембранные белки менее подвижны, чем фосфолипиды, потому что они намного больше. А если белок прикреплен к цитоскелету, он вообще не будет двигаться, поэтому обесцвеченный участок восстановится очень медленно, если вообще восстановится.Чтобы контролировать эффекты текучести мембран, вы также можете пометить сами фосфолипиды и сравнить подвижность интересующего белка с подвижностью фосфолипидов.

Существует два вида мембранных белков: интегральные (вверху) и периферические (внизу). Изображения благодарны пользователю Wikimedia Commons Foobar:

Интегральный мембранный белок (см. Выше) имеет один или несколько гидрофобных доменов, закрепленных в мембране с помощью простой термодинамики, в то время как гидрофобные части выступают в цитоплазму или внеклеточную (или внутриорганическую) среду).Трансмембранные части могут быть альфа-спиралями (1 и 2) или бета-листами (3).

Белки периферической мембраны (см. Выше) могут иметь только сегмент, который погружается в мембрану, но не пересекает ее (1, амфипатическая альфа-спираль; 2, гидрофобная петля; 4, гидрофобные взаимодействия с полярными головными группами) или быть посттрансляционными. модифицирован для добавления якоря, который зарывается в мембрану (3) или взаимодействует с трансмембранным белком (не изображен). Посттрансляционные модификации могут присоединять цепь жирной кислоты, олигосахарид, сахара или группу фарнезилового спирта (чаще встречается на цитоплазматической створке).

Все различные молекулы, составляющие плазматическую мембрану, неравномерно распределены по всей двумерной поверхности. Вместо этого есть пластыри, которые более упорядочены и плотно упакованы и имеют в 3-5 раз большую концентрацию холестерина и примерно в 1,5 раза концентрацию сфингомиелина. Эти пятна называются липидными рафтами. На изображении ниже участок 1 представляет собой нормальную плазматическую мембрану, а участок 2 — липидный плот:

Липидные рафты выполняют всевозможные узкоспециализированные функции, и некоторые определенные белки имеют тенденцию располагаться именно там.Люди, изучающие мембранные белки, часто добавляют в свой раствор детергент, чтобы растворить гликолипиды и перевести белки в раствор. Это работает хуже, если интересующий белок находится в липидных рафтах, которые труднее растворить.

Мембрана проницаема для газов и небольших незаряженных молекул, которые могут просто диффундировать насквозь в соответствии с их собственной движущей силой. Естественно, вода, ионы, маленькие полярные молекулы и большие, незаряженные, но полярные молекулы не могут пройти через мембрану самостоятельно.Для перемещения такого рода вещей требуется определенная форма транспорта, опосредованная мембранными белками: активная (с использованием АТФ для борьбы с собственными термодинамическими желаниями транспортируемых молекул) или пассивная (позволяющая молекулам следовать своему собственному электрохимическому градиенту).

Пассивный транспорт может принимать несколько различных форм. Во-первых, это могут быть каналы, которые позволяют ионам или молекулам диффундировать. Эти каналы могут быть высокоселективными или вовсе не избирательными, и могут быть электрически или химически закрытыми, поэтому они открываются только при определенных условиях.Во-вторых, он может включать «пассивные переносчики» (также известные как «переносчики»), белки, которые при встрече со своим ионом или молекулой субстрата претерпевают изменение конформации, которое продвигает этот субстрат на другую сторону. Как и ожидалось, они имеют тенденцию быть более специфичными, чем каналы, но удивительно (по крайней мере, для меня), портеры часто на быстрее , чем было бы просто прямая диффузия. Носильщики делятся на три типа:

Унипортеры переносят только один тип молекул, симпортеры перемещают две молекулы в одном направлении, а антипортеры перемещают две молекулы в противоположных направлениях.Уловка симпортеров и антипортеров заключается в том, что они позволяют одному из своих двух субстратов перемещаться на с его электрохимическим градиентом , и они используют энергию термодинамически благоприятного движения этой молекулы, чтобы подтолкнуть другую молекулу к ее электрохимическому градиенту . Симпортеры и антипортеры требуют одновременного связывания нескольких субстратов — они не могут накапливать энергию на будущее.

GLUT1 — классический образец унипортера.Он импортирует глюкозу в клетки, когда внеклеточные концентрации выше, чем внутриклеточные. Он очень специфичен к глюкозе, имея ограниченное сродство даже к маннозе и галактозе, которые отличаются от глюкозы всего одним атомом углерода. Попав внутрь клетки, глюкоза немедленно модифицируется с помощью фосфатной группы, поэтому она не может вернуться обратно. В красных кровяных тельцах содержится тонна GLUT1, потому что, не имея митохондрий, они полагаются на анаэробный гликолиз для получения энергии, что действительно неэффективно (всего 2 АТФ на глюкозу, а не 36 АТФ на глюкозу в результате аэробного метаболизма).

Люди, изучающие унипортеры, используют антитела, чтобы разрушить их, генетически вводят их в типы клеток, в которых они обычно не экспрессируются (например, GLUT1 в клетках кожи), или мутируют свою область связывания субстрата, чтобы увидеть, как это меняет их функцию. Несмотря на это, многое неизвестно — согласно Википедии, мы до сих пор не знаем структуру GLUT1 и то, как он связывает глюкозу.

Классическим антипортером является обменник Na + / Ca 2+ (гены: SLC8A1, SLC8A2, SLC8A3).Альтернативный термин для него, «связанный с натрием антипортер кальция», говорит вам больше о его энергетике: он питается натрием, чтобы перемещать кальций против его градиента. В частности, он принимает 3 Na + в ячейку в обмен на вытеснение 1 Ca 2+ . Его сродство к кальцию достаточно низкое, чтобы он работал только при действительно высоких концентрациях кальция, поэтому он полезен для предотвращения эксайтотоксичности нейронов — избавления от избытка кальция после повторяющихся стимулов. Он также содержится в клетках сердечной мышцы.

Другой классический антипортер — натрий-водородный антипортер (гены: SLC9A1,2,3,5,6,8), который принимает 1 Na + в клетку, чтобы экспортировать 1 ион H + . Это поддерживает внутри клеток предпочтительный pH 7,2. Это также один шаг в экспорте кислоты в желудок, потому что H + вырабатывается в клетках, но секретируется в желудок. (Но — я должен был проверить — этот антипортер , а не , является мишенью для ингибиторов протонной помпы, таких как омепразол — они нацелены на активный переносчик, H + / K + АТФазы).

Классическим симпортером является симпортер натрия глюкозы (гены: SLC5A1, SLC5A2 и SLC5A4). Помните, как унипортер GLUT1 доставляет глюкозу в клетку, когда ее внеклеточная концентрация выше? Когда внутриклеточная концентрация глюкозы выше, чем внеклеточная, и клеткам необходимо импортировать глюкозу против ее градиента концентрации, этот симпортер делает это, принимая 2 натрия в клетку, чтобы доставить одну глюкозу внутрь.

Активный транспорт основан на насосах, которые связывают гидролиз АТФ с движением.Возможно, вы заметили, что натрий, по-видимому, является общей валютой перечисленных выше симпортеров и антипортеров. Все они позволяют натрию перемещаться в клетку, что является термодинамически благоприятным, чтобы экспортировать то, чего клетка не хочет. Как и следовало ожидать, кто-то должен проделать тяжелую работу по поддержанию этого градиента натрия, в то время как все остальные возятся с ним. Этим кем-то является Na + / K + -АТФаза, которая расходует 1 АТФ для того, чтобы экспортировать 3 Na + и импортировать 2 K + , оба против их соответствующих градиентов концентрации.Эта штука — рабочая лошадка, на которую приходится 20% потребления энергии в большинстве клеток животных и 67% в нейронах. Вы не получаете ничего бесплатно, поэтому, если вы считаете неправильным даже называть симпатизирующих и антипортеров «пассивными» переносчиками, вы можете называть их другим именем, то есть «вторичными активными переносчиками», в знак признания тот факт, что, хотя они не сжигают АТФ напрямую, они используют энергию, полагаясь на активно поддерживаемые градиенты натрия.

Активные транспортеры делятся на семейства F, P, V и ABC.

P относится к АТФазам P-типа, которые имеют два каталитических альфа-домена (один из которых фосфорилирован, отсюда и название «P»), которые связывают и гидролизуют АТФ, и два регуляторных бета-домена. К ним относятся упомянутая выше Na + / K + -АТФаза, а также кальциевые насосы SERCA, которые хранят кальций в саркоплазматическом ретикулуме, и АТФаза H + / K + , которая подкисляет ваш желудок, упомянутая выше .

ABC относится к семейству АТФ-связывающих кассет из сотен белков.У них есть два трансмембранных домена и два АТФ-связывающих домена. Некоторые из них перемещают молекулы, а не только ионы. Считается, что этот класс включает белок CFTR, потеря функции которого вызывает муковисцидоз. Но CFTR немного странный, и, хотя он произошел от активных транспортеров, он действительно качает что-либо в гору против градиента концентрации , а не . Скорее, он обеспечивает пассивную диффузию хлорид- и тиоцианат-ионов по их градиентам, но только когда открывается затвором с питанием от АТФ.Мутации потери функции в CFTR делают невозможным диффузию этих ионов, что, в свою очередь, устраняет термодинамический стимул для осмоса воды из клетки. Без этой дополнительной воды от осмоса внеклеточная слизь становится слишком густой, что приводит к кашлю и инфекциям грудной клетки — признакам муковисцидоза.

Другим важным переносчиком семейства ABC является MDR1 (ген: ABCB1). МЛУ означает множественную лекарственную устойчивость. Этот удивительный белок, обнаруженный в клетках животных, не очень специфичен, но каким-то образом может распознавать широкий спектр молекул «ксенобиотиков» — i.е. чужеродные соединения, которых мы не производим и которых обычно нет в наших клетках, и, используя энергию АТФ, выбрасываем их из клетки. Предположительно это предохраняет клетки от накопления токсинов из окружающей среды. Но это также затрудняет лечение, поскольку оно экспортирует некоторые антиретровирусные препараты и химиопрепараты — последние особенно в опухолевых клетках, которые приобретают мутации, усиливающие действие MDR1. Таким образом, опухоли могут развить устойчивость к лекарствам от рака. Это особенно большая проблема при раке печени.Старая, скучная теория о MDR1 заключалась в том, что это был просто канал с питанием от АТФ, но эксперименты, подобные FRAP, теперь показали, что на самом деле это нечто гораздо более интересное: флипас. Это означает, что вместо того, чтобы просто выстреливать молекулу из клетки, MDR1 связывает молекулу, а затем переворачивает часть мембраны, меняя местами экзоплазматические и цитоплазматические листочки. Это как пробить дверь в заборе в Super Mario World:

.

Семейство F содержится в бактериях, митохондриях и хлоропластах и, судя по их описанию в Википедии, совсем не похоже на активные переносчики.

Семейство V содержится во многих других органеллах и в основном отвечает за поддержание pH. Лизосомы — одно из мест, где расщепляются неправильно свернутые белки и другие клеточные отходы — имеют pH 4,8 (по сравнению с 7,2 в цитозоле), что является умным эволюционным трюком. Лизосомы полны ферментов, которые могут расщепить все в цитозоле, что опасно, но ферменты эволюционировали, чтобы функционировать только при низком pH, поэтому, если лизосома когда-либо разорвется, ферменты не разрушат клетку, потому что они не будут функционируют в цитозоле.Этот градиент pH между лизосомой и цитозолем поддерживается V-АТФазами.

PrP и плазматическая мембрана

Длина

PrP у человека составляет 253 кодона, но конечный белок состоит всего из 208 аминокислот. 22 N-концевые и 23 C-концевые аминокислоты представляют собой сигнальные пептиды, которые направляют белок в эндоплазматический ретикулум, где он подвергается посттрансляционной модификации. Эта модификация отщепляет сигнальные пептиды, заменяя C-концевой сегмент якорем гликозилфосфатидилинозитола (GPI) (присоединенным к 231S), что делает PrP технически периферическим мембранным белком (хотя GPI-заякоренные белки обладают некоторыми свойствами, более похожими на интегральные мембранные белки), с GPI, погруженным в экзоплазматический листок плазматической мембраны, и с белком, торчащим во внеклеточное пространство.GPI-заякоренные белки имеют тенденцию собираться в липидные рафты. PrP также является гликопротеином, потому что во время посттрансляционной модификации он гликозилируется (с добавлением углеводных боковых цепей) по аминокислотам 181N и 197N.

Были некоторые дискуссии по поводу важности прикрепления PrP к мембране через якорь GPI при прионной болезни. Эксперименты, кажется, предполагают, что, когда PrP не заякорен в GPI, он все еще может неправильно складываться, но имеет тенденцию не делать этого в больших масштабах: мышей без GPI трудно заразить прионами [Klingeborn 2011], а прионы плохо размножаются in vitro. когда PrP не привязан к GPI [Priola 2009].Считается, что локализация PrP в липидных рафтах и ​​близость к холестерину каким-то образом важны для преобразования в PrPSc, что может быть частью объяснения (хотя и ограниченной) терапевтической эффективности статинов и амфотерицина B у мышей, инфицированных прионами. Некоторые люди думают, что N-конец PrP взаимодействует с другим белком липидного рафта (возможно, Glypican-1 [Taylor 2009]) и что это взаимодействие необходимо (или, по крайней мере, очень важно) для преобразования в PrPSc.

Схема плазматической мембраны: Плазматическая мембрана

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *