Клеточная мембрана: строение и функции

Что такое клеточная мембрана?

Каждая клеточка многоклеточного организма отделена от окружающей внутренней (или наружной) среды плазматической мембраной (цитолеммой, плазмалеммой) Это граница, которая «охраняет» внутреннее содержимое клетки от чужеродного вторжения. Но, как и на любой границе, она пропускает «своих» и выводит « чужих». Мембрана – это не панцирь, а подвижная, активная структура, благодаря которой осуществляется обмен веществ между клетками и окружающей средой. 

Клеточная мембрана
Рис. 1. Клеточная мембрана

В переводе с латыни слово «мембрана» означает «пленка». Клетка завернута или упакована со всех сторон оболочкой, строение которой уникально. Она подвижна: тонкая, гибкая и эластичная диаметром 7,5-10 нм.

Клеточная мембрана похожа на гамбургер, состоящий из трех слоев: липиды – белки – липиды. Но это условное сравнение. На фото видно, что устроена она более сложно: два тонких липидных слоя пронизаны белковыми глобулами, которые встроены в оболочку. Вывод: мембрана подвижна и состоит из белков и липидов (жиров). Это динамичная структура, где липиды и белки способны перемещаться, меняя свое положение. 

Строение

С 1925 года, когда впервые рассмотрели мембрану, гипотеза о ее строении претерпела ряд существенных изменений. С 1972 года общепризнанной считается жидкостно-мозаичная модель плазматической мембраны, которая представлена на схеме:

Рис. 2. Жидкостно-мозаичная модель мембраны

Фосфолипидный биослой устроен таким образом, что гидрофобные остатки жирных кислот обращены внутрь, а гидрофильные головки «смотрят» наружу. Двойной липидный слой – это барьер, благодаря которому содержимое клетки не растекается, и во внутреннее содержимое не попадают токсические вещества. 

Строение клеточной мембраны
Рис. 3. Строение клеточной мембраны

В 2-хслойный липидный слой погружены подвижные молекулы  белков, которые по выполняемым функциям делятся на 2 большие группы:

  1. Структурные, которые в прямом смысле поддерживают структуру клетки.
  2. Динамические, находящиеся на поверхности мембраны. Они участвуют в «барьерных» процессах. Среди динамических различают рецепторные, транспортные и ферментативные белковые глобулы.

 

На заметку: Соотношение компонентов в плазматической мембране следующее: белки составляют 65%, на фосфолипиды приходится 25%, холестерол – 13%, липиды другого строения – 4%, углеводы – 3%. Липиды (жиры) отталкивают воду, поэтому ее излишки не попадают в клетку.

 

Функции клеточной мембраны

Функции клеточной мембраны

Плазматическая мембрана ведет себя активно, как любой клеточный органоид. Это не просто барьер: «клеточная капсула» выполняет много задач.

Транспортная функция

Механизмы прохождения веществ через клеточную мембрану
Рис. 4. Механизмы прохождения веществ через клеточную мембрану

Осуществляет выборочный транспорт веществ, поскольку липидные слои для большинства соединений непроницаемы. Через мембрану идет пассивный и активный транспорт:

1. Пассивный транспорт - это простая диффузия, которая идет с низкой скоростью. Через барьер проникают газы, вода, ряд органических веществ. Облегченная диффузия происходит с участием белков-переносчиков и идет с большей скоростью. На пассивный транспорт не требуется энергетических затрат. Белки-переносчики относятся к транспортным. Они «проносят» вещества через мембрану или через специальные каналы, предназначенные для проникновения различных ионов.

2. Перенос макромолекул или крупных частиц осуществляется путем эндоцитоза. При эндоцитозе на мембране возникают впячивания для захвата твердой частицы пищи. Вокруг нее образуется вакуоль, которая обволакивает частицу и переносит внутрь клетки. 

Эндоцитоз
Рис. 5. Эндоцитоз

 

На заметку: Эндоцитоз делится на фагоцитоз или захват твердой частицы и пиноцитоз, когда поглощается жидкий материал (коллоидный раствор, суспензии или просто раствор).

 

3. Вывод веществ из клетки через мембрану осуществляется путем экзоцитоза. Вещества, которые нужно переправить в межклеточную жидкость, «упаковываются» в мембранные пузырьки. Они подходят к цитолемме, встраиваются в нее и содержимое пузырьков выбрасывается из клетки. Это различные продукты метаболизма. 

Экзоцитоз
Рис. 6. Экзоцитоз

4. Активный транспорт осуществляется против градиента концентрации и требует затрат энергии (АТФ). Вещества из области с меньшей концентрацией переходят в область с более концентрированным содержимым. Примером служит натрий-калиевый насос, когда из клетки выводятся ионы натрия и закачиваются ионы калия.

Проницаемость мембран разных клеток неодинакова. Чтобы попасть в клетку, вещество должно обладать определенным размером, химическими свойствами и электрическим зарядом. «Неподходящие» по своим параметрам молекулы просто не способны попасть во внутреннее содержимое клетки.

 

Другие функции клеточной мембраны

Плазматическая мембрана осуществляет:

  1. Структурную функцию, отделяя клетку от внешней среды. Так клетка работает как автономный организм. Она содержит набор органоидов, которые «плавают» во внутренней среде – цитоплазме.

  2. Рецепторную, реагируя на внешние раздражители. Подобную функцию осуществляют белки (гормоны, нейромедиаторы), которые получают сигналы-воздействия извне. Это служит отправной точкой для изменения хода обменных процессов внутри клетки.

  3. Ферментативную или метаболическую, когда мембранные белки-ферменты участвуют в разных химических процессах метаболизма. Большинство ферментов связаны с мембраной и в липидной оболочке созданы определенные условия для их работы, поэтому плазмалемма непосредственно и косвенно влияет на процессы метаболизма.

  4. Энергообразующую, которую осуществляют митохондрии – органоиды, которые относят к «маленьким силовым станциям клетки». Многие процессы, связанные с обменом между клеткой и межклеточным пространством нуждаются в дополнительных затратах энергии. Клетки также способны обмениваться энергией. Этот процесс осуществляется через белковые каналы.

  5. Матричную, когда цитолемма определяет местонахождение, фиксирует расположение органоидов внутри клетки и их позицию относительно друг друга. Оптимальное размещение позволяет органоидам легче взаимодействовать друг с другом.

  6. Маркировочную, так как каждая клетка снабжена «этикеткой» или маркировкой. Это антигены, состоящие из гликопротеинов (белков с разветвленными олигосахаридными цепями). Разветвления имеют разные конфигурации, поэтому каждый тип клеток снабжен уникальным «ярлыком», что позволяет идентифицировать или узнавать их. Например, иммунные клетки человека (макрофаги) распознают инородную клетку, проникшую в организм (бактерию или вирус). Они начинают работу по ее уничтожению. Таким же путем организм избавляется от старых, больных, мутировавших клеток. 

Плазмалемма или мембрана – важнейшая составная часть живой клетки. Она выполняет не меньше функций, чем любой другой органоид. Имеет сложное строение и таит в себе много загадок, которые еще не раскрыты учеными. Этот «живой пропускной шлюз» продолжают изучать, чтобы использовать на благо человека. 


 

Источники изображений: 

  • Рис. 1. — www.youtube.com/watch?v=uaC8KhzuH98&ab_channel=BogdanTuziak
  • Рис. 3. — uchitel.pro/строение-и-функции-клетки/
  • Рис. 4. — 900igr.net
15 февраля 2021, 14:10

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.