Свойства клеточных мембран – Свойства и функции клеточных мембран

Свойства и функции клеточных мембран

Химический состав мембран и особенности их молекул обу­словливают свойства самих мембран.

Главное свойство липидного бислоя — текучесть. Липидный бислой представляет собой жидкость, в которой отдельные молеку­лы без труда меняются местами со своими соседями в пределах од­ного монослоя. Очень редко молекула может перескочить из одного монослоя в другой. Такое перемещение получило название «флип-флоп». Одновременно молекулы липидов вращаются вокруг своих продоль­ных осей, а их углеводородные «хвосты» колеблются.

Текучесть липидного слоя определяется его составом и имеет большое значение для выполнения мембранами своих функций, в том числе транспорта воды и ионов, восприятия внешних сигналов. От текучести мембранных липидов зависит форма белковой глобулы и, следовательно, активность связанных с мембранами ферментов.

Липиды мембраны могут находиться в состоянии жидкого кри­сталла или геля. Если вязкость липидного бислоя превысит поро­говое значение, то приостанавливаются некоторые процессы мем­бранного транспорта и исчезает активность ряда ферментов.

Мембранные белки также подвижны. Они способны вращаться вокруг своей оси; многие из них могут свободно плавать в липидном бислое. Расположение белковых молекул в мембране и степень их погружения в липидный бислой зависит от числа гидрофильных и гидрофобных групп на поверхности глобулы и может изменяться. Это связано с тем, что третичная структура глобул зависит от сла­бых связей. Под действием любого фактора эти связи могут разо­рваться, в результате на поверхность глобулы выйдут гидрофиль­ные радикалы, а гидрофобные — уйдут внутрь глобулы или наобо­рот. Перераспределение гидрофильных и гидрофобных групп на поверхности глобулы вызовет изменение ее расположения в бислое липидов, поскольку известно, что гидрофильные и гидрофобные группы атомов отталкиваются. На расположение глобул влияют и электрические заряды.

В мембрану входят и новые молекулы, т.е. структура мембраны динамична.

Несмотря на динамичность, структура мембраны упорядочена. Упорядоченность — это способность каждой молекулы в данный момент находиться в мембране на своем, строго определенном месте, которое, как мы уже сказали, зависит от ее свойств.

В мембранах между молекулами существуют очень маленькие расстояния, т. е. молекулы плотно упакованы. Например, на 1 мкм² бислоя расположено примерно 5 • 10⁶ молекул липидов. Плотная упаковка молекул достигается с помощью межмолекулярных взаимодействий.

Разные вещества проходят через мембраны с различной скоро­стью, т.е. мембраны избирательно проницае­мы. В живой клетке проницаемость мембраны для данного вещест­ва не остается постоянной, а изменяется в зависимости от потреб­ностей клетки: непроницаемая для вещества в данный момент мембрана может стать проницаемой для него в следующий момент. Под влиянием любого внешнего (например, температуры, света) или внутреннего (величины рН, концентрации веществ, возраста и пр.) фактора проницаемость мембран

изменяется, потому что дей­ствие на клетку любого фактора изменяет третичную структуру белковых глобул и, следовательно, их расположение в бислое.

Мембраны способны к самосборке. Молекулы липидов в воде образуют бислой. Если прибавить белки, то они встраиваются в этот бислой согласно сво­им свойствам, и образуется мембрана. Самосборка мембран происходит постоянно: она сопровождает рост клетки; с ее помощью восстанавливаются разрушенные части мембраны.

Некоторые мембраны взаимопревращаются. Например, мембра­на эндоплазматического ретикулума со временем может превра­титься в мембрану аппарата Гольджи, а последняя — в участок плазмалеммы.

Свойства мембран определяют их функции. Мембраны отделя­ют клетку от внешней среды, регулируют транспорт веществ между клеткой и ее свободным пространством, между разными органеллами. Главный контроль за движением питательных веществ и ме­таболитов из клетки в клетку выполняет плазмалемма. Для боль­шинства веществ она служит просто барьером, ограничивающим их движение по градиенту химического потенциала. Однако для некоторых веществ, имеющих особое значение для жизни клетки (сахара, аминокислоты, ионы), в мембранах существуют специаль­ные белки, которые не только облегчают транспорт этих веществ в протопласт по градиенту химического потенциала, но и обеспечи­вают их транспорт через мембрану против градиента.

Контролируя поглощение и выделение веществ клеткой, мем­браны таким способом регулируют скорость и направленность хи­мических реакций, составляющих

обмен веществ. Увеличение про­ницаемости мембраны может способствовать соединению фермен­та с субстратом, следовательно, пойдет химическая реакция, кото­рая раньше была невозможна. Мембраны регулируют обмен ве­ществ и другим способом — изменяя активность ферментов. Не­которые ферменты активны только тогда, когда прикреплены к мембране; другие, наоборот, в этом состоянии не проявляют ак­тивности и начинают работать, лишь отделившись от мембраны. Липиды мембраны могут влиять на форму глобулы белка-фермента и, следовательно, на его активность.

Кроме того, расположение фермента на мембране определяет место протекания данной химической реакции в клетке. Некото­рые белки-ферменты располагаются на мембране в определенной последовательности, образуя мультиферментные комплексы, что по­могает прохождению последовательных химических реакций, обра­зующих цепи или циклы (например, гликолиза, цикла трикарбоновых кислот). Благодаря плотной упаковке молекул рас­стояния между компонентами такой системы очень маленькие, что особенно важно, если в результате какой-нибудь реакции образу­ются нестабильные промежуточные продукты. В мембранах обна­ружено много таких мультиферментных комплексов, например электрон-транспортная цепь дыхания. Если даже один из ферментов этой системы отделится от мембраны, цепь реакций остановит­ся или пойдет по другому пути.

Мембраны увеличивают внутреннюю поверхность клетки, на ко­торой находятся ферменты и протекают разные химические реак­ции. Они делят клетку на компартменты (отсеки, ячейки), отли­чающиеся по своему химическому составу. Каждая органелла, ок­руженная мембраной, является таким компартментом. Компартментализация клетки имеет очень большое значение. Благодаря изби­рательной проницаемости мембран компартменты отличаются по своему химическому составу. Например, хлорофилл содержится в хлоропластах; в вакуолях — запас аминокислот, сахаров, ионов; в ядре — почти вся ДНК клетки. В результате создается

химическая гетерогенность клетки. Неодинаковая концентрация ионов по обе стороны мембраны приводит к возникновению разности электри­ческих потенциалов, которую клетка может использовать для вы­полнения работы (транспорта веществ через мембраны, передачи электрических сигналов, синтеза АТФ).

Различные концентрации и химический состав обусловливают неодинаковую вязкость цитоплазмы в разных частях клетки. В свою очередь, вязкость влияет на скорость внутриклеточного транспорта веществ и, следовательно, на скорость химических реакций.

Итак, благодаря мембранам в клетке возникают градиенты хи­мического состава, концентрации, электрических потенциалов, вязкости, т. е. мембраны обеспечивают возникновение и сохране­ние в каждом компартменте своих, специфических, физико-хими­ческих условий. Поэтому по обе стороны мембраны кислотность, концентрация растворенных веществ, электрический потенциал, как правило, неодинаковы.

Имея разный химический состав, органеллы могут выполнять разные функции. В различных компартментах происходят разные химические реакции, часто противоположно направленные. На­пример, синтез белка идет в рибосомах, а их распад — в лизосомах.

Клетка жива до тех пор, пока избирательно проницаемые мембраны делят ее на компартменты.

От состояния мембран зависит чувствительность рецепторов к дей­ствию раздражителей и эффективность перестройки клеточного мета­болизма в ответ на полученное раздражение. Обладая избирательной проницаемостью, мембраны выполня­ют еще одну очень важную функцию: поддерживают гомеостаз в клетке и в отдельных органеллах. Гомеостаз (от греч. homois — тот же, stasis — стояние) — это свойство клетки, органеллы, а также ор­гана, организма, экологической системы сохранять постоянной свою внутреннюю среду.

Почему внутренняя среда клетки должна быть постоянной? Из­менение внутренней среды вызывает нарушение нативной структу­ры белковых глобул. В результате изменяется форма активного центра фермента и, следовательно, его активность. Изменения тре­тичной структуры белковых глобул вызывают увеличение прони­цаемости мембран, нарушение компартментации клетки, что мо­жет привести к ее смерти.

Мембраны участвуют в адаптации клетки к внешним условиям. Измене­ние условий, например снижение или повышение температуры, вызывает соответственно «затвердение» или «разжижение» жирных кислот, следовательно, изменение текучести мембран. Чтобы этого не происходило, в липидах при повышении температуры увеличи­вается количество насыщенных кислот, а при ее понижении — не­насыщенных.

У высших растений возможен переход насыщенных жирных кислот в ненасыщенную форму. Для этого в клетке есть специаль­ные ферменты — десатуразы,

связанные с эндоплазматическим ретикулумом и катализирующие образование двойных связей. Десатурирующие фермен­ты при низких температурах превращают насыщенные жирные ки­слоты в ненасыщенные.

Итак, липидный бислой является структурной основой мембра­ны, а белковые молекулы обеспечивают выполнение большинства ее функций.

studfiles.net

Особенности строения клеточной мембраны растения — журнал «Рутвет»

1. Строение клеточной мембраны растительной клетки
2. Функции клеточной мембраны растения
3. Значение цитолеммы для организма

Клеточная мембрана растения представляет собой один из органоидов, который обволакивает цитоплазму, служит специфическим барьером между внутренним содержимым и внешней средой. Данный органоид также имеет другие названия, принятые в биологической науке: плазматическая мембрана, плазмалемма и цитолемма. Он был полностью изучен лишь сравнительно недавно – в семидесятых годах прошлого века, прорыв в изучении связан с появлением первых электронных микроскопов, которые существенно облегчили работу исследователям. Первые же научные эксперименты, которые касались плазмалеммы, и получили немаловажные результаты, были проведены в 1925 году. Клеточная мембрана растительной клетки обладает свойствами, отличающими ее от аналогичного органоида животных. В данном материале будут подробно рассмотрены эти особенности.

Строение клеточной мембраны растительной клетки

Клеточная мембрана, ее строение и функции не сильно отличаются у различных организмов. Большинству видов присуща следующая структура плазмалеммы:

1. Внешний слой. Состоит из белков, не является сплошным, имеет в своем строении специальные каналы, состоящие из ионов, которые служат для транспортировки внутрь веществ, не способных самостоятельно преодолеть средний слой.
2. Средний слой. Иначе – билипидный или жировой. Является жидким и относительно однородным, так как разные виды белков, присутствующие во внешних слоях, способны проникать внутрь него. В нем присутствуют липиды нескольких видов: фосфолипиды, холестерол и гликолипиды. Холестерол присутствует не всегда. Липиды имеют головку, которая считается гидрофильной, а также два длинных окончания, которые, напротив, гидрофобны.
3. Внутренний слой. Аналогичен внешнему слою, состоит из белков. Также у белковых слоев присутствуют специальные аннулярные липиды, служащие для них защитной пленкой, обеспечивающей их работу.

Белковые слои клеточной мембраны растений состоят из:

• интегральных белков. Распространены по всей ширине плазмалеммы;
• полуинтегральных. Встраиваются внутрь, но не проходят насквозь цитолеммы;
• периферических. Присутствуют только на поверхности.

Рассмотренная выше мембрана плазматическая, строение которой преимущественно одинаковое у разных видов, имеет всё же небольшие отличия у таких организмов, как растения, грибы и бактерии. Для того, чтобы понять суть этих отличий, необходимо рассмотреть задачи, которые решает в организмах растений плазмалемма.

Смотрите видео о строении клетки и клеточной мембраны.

Функции клеточной мембраны растения

Клеточная мембрана растения выполняет следующие функции:

1. Транспортировочная. Способствует попаданию внутрь необходимых питательных веществ. Регулирует в целом обмен клетки с внешней средой.
2. Матрикс. Отвечает за расположение других внутренних органоидов, фиксирует их положение и способствует их взаимодействию между собой.
3. Регуляция энергетического обмена. Обеспечивает протекание различных процессов, от фотосинтеза до дыхания клетки. Данные процессы были бы невозможны без белковых каналов плазмалеммы.
4. Выработка ферментов. Ферменты вырабатываются именно в белковых слоях плазмалемм некоторых клеток.

У животной и растительной клетки строение клеточной мембраны идентично, а функции, которые они выполняют, различные. Это можно объяснить тем, что у растений присутствуют клеточная мембрана и клеточная стенка. Данная стенка представляет собой дополнительный органоид, покрывающий цитолемму снаружи, и, как следствие, принимающий на себя часть ее функций.

Функции, принятые на себя клеточной стенкой:

• защитная. Данная стенка является прочной, что способствует предотвращению механических повреждений. Также она выборочно пропускает внутрь молекулы, не допуская попадания тех из них, которые являются болезнетворными;
• формирование запасов. Некоторые полезные вещества откладываются в стенке для использования в случае наступления неблагоприятных условий, а также для обеспечения роста и развития;
• регулирует внутреннее давление. Выполнение этой функции напрямую связано с прочностью организма;
• взаимодействие с другими клетками. Наличие специальных каналов в стенке позволяет совершать обмен информацией о состоянии внешней среды.

Читайте о том, что изучает цитология.
А также об особенностях клеточной мембраны.

Рассматриваемая стенка берет на себя ряд функций, выполняемых в организмах животных цитолеммой. Именно из-за этого строение мембраны растений и некоторых других видов может отличаться.

Значение цитолеммы для организма

Несмотря на то, что у растений множество функций были делегированы от цитолеммы к другому органоиду, она по-прежнему играет очень большую роль в жизнедеятельности организма.

Именно с помощью плазмалеммы происходят основные процессы обмена, выраженные следующими реакциями:

1. Экзоцитоз. Выделение наружу веществ, которые уже были переработаны ранее, либо были сформированы специально для попадания во внешнюю среду (например, гормоны или ферменты). Для их выведения на внутренней поверхности цитолеммы образуются специальные пузырьки, которые проходят сквозь ряды липидов, а затем их содержимое выделяется наружу.
2. Фагоцитоз. Поглощение цитолеммой частиц некоторых питательных веществ и дальнейшая их обработка. За этот процесс ответственны специальные клетки, называемые фагоцитами, которые прикреплены к цитолемме.
3. Пиноцитоз. Поглощение плазмалеммой молекул жидкости, которые находятся в непосредственной близости от нее. Этому служат специальные жгутики, находящиеся на поверхности плазмалеммы, благодаря которым жидкость, попадающая на поверхность, принимает форму капли, и может быть захвачена.

Благодаря наличию ионных каналов внутрь через цитолемму попадает ряд необходимых для жизни веществ. Значение этих каналов трудно переоценить, об их важности говорит, как минимум, тот факт, что, если каналы теряют тонус и перестают корректно выполнять свои функции, у клетки начинается кислородное голодание, из-за чего она, спустя некоторое время, может переродиться в раковую.

В растительной клетке за процессы питания отвечает не только цитолемма, но и клеточная стенка, поэтому так важно, чтобы комбинация этих органоидов была в надлежащем состоянии, от этого напрямую зависит жизнь.

Как вы считаете, все ли функции клеточной мембраны были указаны в материале? Быть может среди вас есть самые внимательные, которые знают еще одну малозначительную функцию? Делитесь своими наблюдениями в комментариях! А также смотрите видео о веществах клеточной стенки растения.

www.rutvet.ru

Свойства и функции клеточных мембран

Количество просмотров публикации Свойства и функции клеточных мембран — 441

Химический состав мембран и особенности их молекул обу­словливают свойства самих мембран.

Главное свойство липидного бислоя — текучесть. Липидный бислой представляет собой жидкость, в которой отдельные молеку­лы без труда меняются местами со своими сосœедями в пределах од­ного монослоя. Очень редко молекула может перескочить из одного монослоя в другой. Такое перемещение получило название ʼʼфлип-флопʼʼ. Одновременно молекулы липидов вращаются вокруг своих продоль­ных осœей, а их углеводородные ʼʼхвостыʼʼ колеблются.

Текучесть липидного слоя определяется его составом и имеет большое значение для выполнения мембранами своих функций, в т.ч. транспорта воды и ионов, восприятия внешних сигналов. От текучести мембранных липидов зависит форма белковой глобулы и, следовательно, активность связанных с мембранами ферментов.

Липиды мембраны могут находиться в состоянии жидкого кри­сталла или геля. В случае если вязкость липидного бислоя превысит поро­говое значение, то приостанавливаются некоторые процессы мем­бранного транспорта и исчезает активность ряда ферментов.

Мембранные белки также подвижны. Οʜᴎ способны вращаться вокруг своей оси; многие из них могут свободно плавать в липидном бислое. Расположение белковых молекул в мембране и степень их погружения в липидный бислой зависит от числа гидрофильных и гидрофобных групп на поверхности глобулы и может изменяться. Это связано с тем, что третичная структура глобул зависит от сла­бых связей. Под действием любого фактора эти связи могут разо­рваться, в результате на поверхность глобулы выйдут гидрофиль­ные радикалы, а гидрофобные — уйдут внутрь глобулы или наобо­рот. Перераспределœение гидрофильных и гидрофобных групп на поверхности глобулы вызовет изменение ее расположения в бислое липидов, поскольку известно, что гидрофильные и гидрофобные группы атомов отталкиваются. На расположение глобул влияют и электрические заряды.

В мембрану входят и новые молекулы, ᴛ.ᴇ. структура мембраны динамична.

Несмотря на динамичность, структура мембраны упорядочена. Упорядоченность — это способность каждой молекулы в данный момент находиться в мембране на своем, строго определœенном месте, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ, как мы уже сказали, зависит от ее свойств.

В мембранах между молекулами существуют очень маленькие расстояния, т. е. молекулы плотно упакованы. К примеру, на 1 мкм² бислоя расположено примерно 5 ‣‣‣ 10⁶ молекул липидов. Плотная упаковка молекул достигается с помощью межмолекулярных взаимодействий.

Разные вещества проходят через мембраны с различной скоро­стью, ᴛ.ᴇ. мембраны избирательно проницае­мы. В живой клетке проницаемость мембраны для данного вещест­ва не остается постоянной, а изменяется исходя из потреб­ностей клетки: непроницаемая для вещества в данный момент мембрана может стать проницаемой для него в следующий момент. Под влиянием любого внешнего (к примеру, температуры, света) или внутреннего (величины рН, концентрации веществ, возраста и пр.) фактора проницаемость мембран изменяется, потому что дей­ствие на клетку любого фактора изменяет третичную структуру белковых глобул и, следовательно, их расположение в бислое.

Мембраны способны к самосборке. Молекулы липидов в воде образуют бислой. В случае если прибавить белки, то они встраиваются в данный бислой согласно сво­им свойствам, и образуется мембрана. Самосборка мембран происходит постоянно: она сопровождает рост клетки; с ее помощью восстанавливаются разрушенные части мембраны.

Некоторые мембраны взаимопревращаются. К примеру, мембра­на эндоплазматического ретикулума со временем может превра­титься в мембрану аппарата Гольджи, а последняя — в участок плазмалеммы.

Свойства мембран определяют их функции. Мембраны отделя­ют клетку от внешней среды, регулируют транспорт веществ между клеткой и ее свободным пространством, между разными органеллами. Главный контроль за движением питательных веществ и ме­таболитов из клетки в клетку выполняет плазмалемма. Для боль­шинства веществ она служит просто барьером, ограничивающим их движение по градиенту химического потенциала. При этом для некоторых веществ, имеющих особое значение для жизни клетки (сахара, аминокислоты, ионы), в мембранах существуют специаль­ные белки, которые не только облегчают транспорт этих веществ в протопласт по градиенту химического потенциала, но и обеспечи­вают их транспорт через мембрану против градиента.

Контролируя поглощение и выделœение веществ клеткой, мем­браны таким способом регулируют скорость и направленность хи­мических реакций, составляющих обмен веществ. Увеличение про­ницаемости мембраны может способствовать соединœению фермен­та с субстратом, следовательно, пойдет химическая реакция, кото­рая раньше была невозможна. Мембраны регулируют обмен ве­ществ и другим способом — изменяя активность ферментов. Не­которые ферменты активны только тогда, когда прикреплены к мембране; другие, напротив — в данном состоянии не проявляют ак­тивности и начинают работать, лишь отделившись от мембраны. Липиды мембраны могут влиять на форму глобулы белка-фермента и, следовательно, на его активность.

Вместе с тем, расположение фермента на мембране определяет место протекания данной химической реакции в клетке. Некото­рые белки-ферменты располагаются на мембране в определœенной последовательности, образуя мультиферментные комплексы, что по­могает прохождению последовательных химических реакций, обра­зующих цепи или циклы (к примеру, гликолиза, цикла трикарбоновых кислот). Благодаря плотной упаковке молекул рас­стояния между компонентами такой системы очень маленькие, что особенно важно, в случае если в результате какой-нибудь реакции образу­ются нестабильные промежуточные продукты. В мембранах обна­ружено много таких мультиферментных комплексов, к примеру электрон-транспортная цепь дыхания. В случае если даже один из ферментов этой системы отделится от мембраны, цепь реакций остановит­ся или пойдет по другому пути.

Мембраны увеличивают внутреннюю поверхность клетки, на ко­торой находятся ферменты и протекают разные химические реак­ции. Οʜᴎ делят клетку на компартменты (отсеки, ячейки), отли­чающиеся по своему химическому составу. Каждая органелла, ок­руженная мембраной, является таким компартментом. Компартментализация клетки имеет очень большое значение. Благодаря изби­рательной проницаемости мембран компартменты отличаются по своему химическому составу. К примеру, хлорофилл содержится в хлоропластах; в вакуолях — запас аминокислот, сахаров, ионов; в ядре — почти вся ДНК клетки. В результате создается химическая гетерогенность клетки. Неодинаковая концентрация ионов по обе стороны мембраны приводит к возникновению разности электри­ческих потенциалов, которую клетка может использовать для вы­полнения работы (транспорта веществ через мембраны, передачи электрических сигналов, синтеза АТФ).

Различные концентрации и химический состав обусловливают неодинаковую вязкость цитоплазмы в разных частях клетки. В свою очередь, вязкость влияет на скорость внутриклеточного транспорта веществ и, следовательно, на скорость химических реакций.

Итак, благодаря мембранам в клетке возникают градиенты хи­мического состава, концентрации, электрических потенциалов, вязкости, т. е. мембраны обеспечивают возникновение и сохране­ние в каждом компартменте своих, специфических, физико-хими­ческих условий. По этой причине по обе стороны мембраны кислотность, концентрация растворенных веществ, электрический потенциал, как правило, неодинаковы.

Имея разный химический состав, органеллы могут выполнять разные функции. В различных компартментах происходят разные химические реакции, часто противоположно направленные. На­пример, синтез белка идет в рибосомах, а их распад — в лизосомах.

Клетка жива до тех пор, пока избирательно проницаемые мембраны делят ее на компартменты.

От состояния мембран зависит чувствительность рецепторов к дей­ствию раздражителœей и эффективность перестройки клеточного мета­болизма в ответ на полученное раздражение. Обладая избирательной проницаемостью, мембраны выполня­ют еще одну очень важную функцию: поддерживают гомеостаз в клетке и в отдельных органеллах. Гомеостаз(от греч. homois — тот же, stasis — стояние) — это свойство клетки, органеллы, а также ор­гана, организма, экологической системы сохранять постоянной свою внутреннюю среду.

Почему внутренняя среда клетки должна быть постоянной? Из­менение внутренней среды вызывает нарушение нативной структу­ры белковых глобул. В результате изменяется форма активного центра фермента и, следовательно, его активность. Изменения тре­тичной структуры белковых глобул вызывают увеличение прони­цаемости мембран, нарушение компартментации клетки, что мо­жет привести к ее смерти.

Мембраны участвуют в адаптации клетки к внешним условиям. Измене­ние условий, к примеру снижение или повышение температуры, вызывает соответственно ʼʼзатвердениеʼʼ или ʼʼразжижениеʼʼ жирных кислот, следовательно, изменение текучести мембран. Чтобы этого не происходило, в липидах при повышении температуры увеличи­вается количество насыщенных кислот, а при ее понижении — не­насыщенных.

У высших растений возможен переход насыщенных жирных кислот в ненасыщенную форму. Для этого в клетке есть специаль­ные ферменты — десатуразы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом и катализирующие образование двойных связей. Десатурирующие фермен­ты при низких температурах превращают насыщенные жирные ки­слоты в ненасыщенные.

Итак, липидный бислой является структурной основой мембра­ны, а белковые молекулы обеспечивают выполнение большинства ее функций.

referatwork.ru