Химический состав мембран кратко

Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо. — наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пу-

зырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицел-люлоза и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие:

1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.

2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.

3. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).

4. Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).

В состав клеточных мембран входят: Липиды и Белки, а также Углеводы(небольшая, но чрезвычайно важная часть) и вода (более 20% общего веса).

Белки клеточных мембран исключительно разнообразны. Молекулярная масса их в большинстве своем составляет 25 000 — 230 000.

Белки могут взаимодействовать с липидным бислоем за счет электростатических и (или) межмолекулярных сил. Они сравнительно легко могут быть удалены из мембраны. К такому типу белков относят цитохром с (молекулярная масса около 13 000), обнаруживаемый на наружной поверхности внутренней мембраны митохондрий.

Белки мембран выполняют три основные функции: каталитическую (ферменты), рецепторную и структурную. Однако такое разграничение достаточно условно, и в ряде случаев один и тот же белок может выполнять и репепторную и ферментную функции (например, инсулин).

Число мембранных ферментов (Ферменты) в клетке достаточно велико, однако их распределение в различных типах К.м. неодинаково. Некоторые ферменты (маркерные) присутствуют только в мембранах определенного типа (например, Na, К-АТФ-аза, 5-нуклеотидаза, аденилатциклаза — в плазматической мембране; цитохром Р_-450, НАДФН-дегидрогеназа, цитохром в₅ — в мембранах эндоплазматического ретикулума;моноаминоксидаза — в наружной мембране митохондрий, а цитохром С-оксидаза, сукцинат-дегидрогеназа — во внутренней; кислая фосфатаза — в мембране лизосом).

Рецепторные белки, специфически связывая низкомолекулярные вещества (многие гормоны, медиаторы), обратимо меняют свою форму. Эти изменения запускают внутри клетки ответные химические реакции. Таким способом клетка принимает различные сигналы, поступающие из внешней среды.

К структурным белкам относят белки цитоскелета, прилегающие к цитоплазматической стороне клеточной мембраны. В комплексе с микротрубочками и микрофиламентами цитоскелета они обеспечивают противодействие клетки изменению ее объема и создают эластичность. В эту же группу включают ряд мембранных белков, функции которых не установлены.

Углеводы в клеточных мембранах находятся в соединении с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды). Углеводные цепи белков представляют собой олиго- или полисахаридные структуры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза. Углеводные компоненты К.м. открываются в основном во внеклеточную среду, образуя на поверхности клеточных мембран множество ветвистых образований, являющихся фрагментами гликолипидов или гликопротеидов. Их функции связаны с контролем за межклеточным взаимодействием, поддержанием иммунного статуса клетки, обеспечением стабильности белковых молекул в К.м. Многие рецепторные белки содержат углеводные компоненты. Примером могут служить антигенные детерминанты групп крови, представленные гликолипидами и гликопротеинами.

47.мембранный транспорт Мембранный транспрт может осуществляться разными путями. Большое значение имеет направление транспорта веществ по градиенту концентрации, т. е. от большей концентрации веществ к меньшей, или против него. Транспорт вещества в сторону меньшей концентрации носит название диффузии (если на его пути нет преград) и переноса (если его путь преграждает барьер). Транспорт может быть облегченным, если ему способствует какой-нибудь переносчик или система переносчиков. В некоторых случаях пассивный транспорт прост. Например, если вещества хорошо растворимы в жирах, то они передвигаются через мембрану по обычным законам диффузии. Или вода, свободно протекающая через мембранные поры, может захватить и перенести одну или несколько молекул растворенных веществ, способных пройти через пору.
Другое дело, если вещества нерастворимы в жирах и не проходят через поры. Были выделены особые белки, делающие мембраны проницаемыми для сахаров и других водорастворимых веществ. Специальные белки-переносчики , соединяясь с транспортируемыми молекулами, протаскивают их через мембраны, сами в них не растворяясь. Убедительный довод существования переносчиков был получен при изучении проникновения глюкозы внутрь эритроцитов. Погрузив "перевозимые" молекулы,переносчики глюкозы транспортируют их через мембраны и возвращаются либо пустыми, либо захватив других "пассажиров". Имеются переносчики, которые не совершают челночных движений, а встраиваются в мембрану и образуют канал. Роль таких переносчиков могут выполнять некоторые антибиотики или белки мембраны. Исследование переноса лактозы показало, что соответствующий транспортный белок, встроенный в мембрану, работает по принципу фермента и связывает сахар аналогично тому, как фермент связывает свой субстрат. Такие белки часто называют пермеазами . Каждый из них обеспечивает перенос определенных молекул. Транспортные белки не вращаются в двойном липидном слое, а обеспечивают перенос, изменяя свою конформацию, в результате чего в мембране открываются " ворота", или каналы . Установлено, что транспортные белки отвечают за перенос сахаров, аминокислот, ионов
натрия, калия, кальция и других веществ.

Большинство живых организмов на планете состоит из клеток. Каждая клетка имеет несколько частей, включений, стенок. Однако наиболее важное значение имеет плазматическая мембрана. Ее также называют клеточной или цитоплазматической, цитолеммой или плазмалеммой. Для того чтобы понять ее необходимость, стоит изучить химический состав и основные функции.

• История изучения
• Химический состав
• Основные функции
• Другие возможности
• Структура цитолеммы
• Значение клеточной оболочки

История изучения

• ацетон не помогает выделить абсолютно все жиры из цитоплазматической мембраны;
• площадь цитолеммы была определена неправильно, поскольку мембраны были сухими.

Несмотря на эти нарушения, случайным образом результат оказался верным, что позволило открыть двойной слой или бислой. Далее исследования специалистов продолжились. Они обратили внимание на натяжение выделенных пленок. Мембраны не могли быть такими жесткими, поэтому появилась теория, что они содержат белки, позволяющие сохранять упругость и эластичность. В 1935 году американские ученые пришли к выводу, что схема строения плазматической мембраны напоминает сандвич, то есть имеется липидный бислой, с двух сторон окруженный белковыми прослойками.

В 1950-х годах теория была подтверждена во время первых микроскопических исследований. В 1960 году Дж. Робертсон сформулировал теорию строения биологической мембраны, которая утверждала, что все оболочки в клетках состоят из трех слоев. Однако теория сандвича или бутерброда была опровергнута, поскольку появились другие факты.

Первым из них стали сведения о глобулярности мембраны. Помимо этого, специалисты определили, что во время микроскопического исследования структура пленки во многом зависит от способа ее фиксации. Следующим открытием, опровергающим теорию сандвича, было изучение сперматозоида, во время которого появилось подтверждение, что даже в одной клетке структура мембраны на разных участках отличается.

Последним опровержением стало выявление белков непосредственно внутри мембраны, тогда как теория бутерброда предполагала их нахождение за ее пределами. Подобные выводы в 1972 году использовал Сингер и Николсон, создавая мозаичную модель строения цитолеммы. На ней было отчетливо видно, что внутри пленки имеется большое количество белков, но молекулы встречаются и за пределами бислоя.

Химический состав

Плазмалемма или клеточная мембрана представляет собой молекулярную эластическую структуру, состоящую из большого количества липидов, а также белков. Она позволяет отделить клетку от других жидкостей в организме, предотвратить ее повреждение, принимает участие в метаболических процессах. Помимо этого, цитолемма помогает разделить камеры клетки для обеспечения ее нормального функционирования.

Химический состав плазматический мембраны в основном представлен фосфолипидами, но присутствуют и другие молекулы. Этот вид липидов относится к сложным, поэтому специалисты долгое время не могли точно определить состав цитолеммы. Каждый фосфолипид имеет гидрофильную часть и гидрофобную. Первая представляет собой голову молекулы и обращена наружу, вторая — хвост и обращена внутрь.

У большинства живых организмов на планете химический состав мембраны очень похож, как и ее структура. Однако существуют исключения. У некоторых организмов она образована глицерином и другими спиртами. Белки внутри биологической оболочки могут быть разными. Наиболее часто встречаются следующие:

1. Интегральные протеины пронизывают пленку насквозь, поэтому могут быть внутри и снаружи клетки. Их количество в составе наибольшее.
2. Полуинтегральные белки могут быть погружены одной частью во внешний или внутренний слой, выполняют функцию соединения мембраны с цитоскелетом.
3. Поверхностные располагаются на пленке или ее внутреннем слое, не погружаются в него.

Наиболее важными считаются интегральные, ведь они могут выполнять роль транспортных включений и рецепторов. Иногда такие протеины выступают в роли ионных каналов, поддерживают постоянство внешней и внутренней среды.

В первые годы изучения цитолеммы специалисты не разделяли протеины на разные группы, считая их одинаково необходимыми и выполняющими одни и те же функции. Однако сегодня, благодаря развитию технологий и появлению современных микроскопов, можно с уверенностью сказать, что строение мембраны довольно сложное, даже у простых растительных клеток.

Основные функции

Основным свойством плазматической мембраны является элементарное поддержание постоянства внутренней среды клетки и обеспечение ее бесперебойного функционирования. Помимо этого, она выполняет и другие функции:

1. Барьерная. Обеспечивает активные обменные процессы и безопасное контактирование с внешней средой. Некоторые оболочки защищают клетку от опасных компонентов, которые могут ее повредить или уничтожить. Дополнительно барьер обеспечивает избирательную проницаемость, то есть попадание за пленку каких-либо атомов будет зависеть от их размера и толщины цитолеммы. Благодаря этому, возможно сохранение целостности наружной ткани, поверхности самой пленки.
2. Транспортная. Имеет важное значение, ведь благодаря ей осуществляется транспорт разных веществ в клетку и выделяются продукты распада из нее. Помимо этого, способность переносить конкретные компоненты осуществляет поддержание оптимального кислотно-щелочного равновесия, а также ионного состава. Последнее важно для обработки некоторых ферментов. Транспорт может быть пассивным и активным. Первый не требует затрат энергии, происходит медленно, второй сопровождается значительными энергетическими потерями, но протекает быстро.
3. Энергетическая. Также играет важную роль. Структурные особенности клетки не имеют значения, поскольку в каждой плазмалемме имеются белки, отвечающие за перенос энергии и входящие в состав специальных систем для обеспечения этого процесса. При снижении их концентрации происходит нарушение метаболизма, провоцирующее другие отрицательные изменения.
4. Рецепторная. Во многом зависит от количества интегральных белков в оболочке. Если их недостаточно, клетка не в состоянии воспринимать сигналы, теряется способность узнавания того или иного импульса, а также главная особенность — реакция, возникающая в ответ на изменения на поверхности мембраны.

В отличие от других способностей оболочки, рецепторная играет определяющую роль. Многие гормоны, циркулирующие в крови человека, животного и других организмов, способны воздействовать только на те частицы, в которых имеются специальные белки, выполняющие рецепторную функцию. Если в плазмолемме их нет, все процессы нарушаются. Дополнительно такие протеины могут участвовать в проведении нервного импульса, связываясь с нейромедиаторами.

Другие возможности

Помимо основных функций цитоплазматической мембраны, имеются дополнительные, которые изучены не так подробно, но играют важную роль. Матричная обеспечивает взаимодействие всех протеинов для более эффективного метаболизма в клетке и оболочке. Это позволяет построить новую пленку в случае ее повреждения.

Механическая функция также важна. Она позволяет обеспечить автономность клетки и всех ее структур разного типа, поддержать связь между разными единицами тканей и предотвратить их разрыв. Клеточные стенки играют определяющую роль в обеспечении механической защиты. У животных эту работу выполняет межклеточное вещество.

Ферментативная функция осуществляется не в каждой цитолемме, поскольку некоторые клетки лишены специальных веществ. Однако в эпителиальных единицах тонкого кишечника человека и других млекопитающих содержится довольно большое количество пищеварительных ферментов, принимающих непосредственное участие в процессе переработки пищи.

Генерация и проведение потенциалов играет важную роль. Благодаря наличию цитолеммы, в клетке постоянно поддерживается определенное количество ионов калия и натрия. Первых в клетке гораздо больше, чем снаружи, вторых больше за пределами единицы и меньше внутри. Если изучить характеристику этих ионов в сравнительной таблице, можно увидеть, что они выполняют важнейшие функции, а при изменении концентрации наблюдается расстройство метаболических процессов.

Маркировка клетки также осуществляется с участием цитоплазматической мембраны. На каждой из них во время микроскопического исследования можно увидеть антигены, выполняющие роль ярлыков или антенн. Благодаря этому, клетки с одинаковой маркировкой могут узнавать друг друга и действовать сообща при возникновении такой необходимости. Именно антенны позволяют клеткам иммунной системы распознавать чужеродные антигены и действовать против них для обеспечения защиты организма.

Благодаря дополнительным возможностям плазмоллемы, возможно существование всех клеток внутри одного организма и их постоянное взаимодействие.

Структура цитолеммы

Существуют более жесткие оболочки и эластичные, мягкие, в которых количество холестерола снижено. Помимо этого, вещество служит барьером, препятствуя переходу из клетки в клетку полярных молекул. Состав и ориентация протеинов в каждой мембране отличается, но специалисты определили, что без них пленка существовать не может.

В структуру плазмалеммы также входят аннулярные жиры, располагающиеся в непосредственной близости от протеинов и выделяющиеся вместе с ними из клетки. Без этих липидов протеины оболочки не могут выполнять свои функции. В большинстве случаев плазматическая мембрана асимметрична, то есть в разных ее частях количество липидов и протеинов отличается.

Каждая оболочка имеет органеллы. Они представляют собой участки цитоплазмы, связанные между собой. Наиболее часто встречаются следующие органеллы:

• комплекс Гольджи;
• вакуоли;
• эндоплазматическая сеть; .

Разные клетки обладают индивидуальным составом органелл, но некоторые из них присутствуют в подавляющем большинстве единиц ткани. Благодаря своей структуре, мембраны способны к избирательной проницаемости. Некоторые вещества проходят через них свободно, другие — нет. Процесс регулируется самой оболочкой. Он может быть пассивным и активным. В первом случае в реакцию вступают интегральные белки, во втором требуются значительные энергетические затраты.

Значение клеточной оболочки

Если внимательно изучить строение и функции плазматической оболочки, можно понять ее роль и значение в нормальном функционировании всего организма. После получения точных сведений о работе мембраны ученые смогли подтвердить ее необходимость и первостепенную роль в организме.

Все органы животных и человека состоят из клеток, поэтому палазмалемма имеет наиболее важное значение для всего организма. При ее повреждении клетка неспособна нормально существовать, нарушается целая цепь процессов. Именно поэтому специалисты и сегодня изучают цитоплазматическую мембрану, ее функции и процессы, в которых она принимает участие.

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

Схема расположения фосфолипидов в мембране клетки

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)

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.

Читайте также:

  
• Лемма о параллельных прямых пересекающих плоскость доказательство кратко
  
• Сущность конституции 1918 года кратко
  
• Август хорьх биография кратко
  
• Национальные праздники украинцев кратко
  
• Право киевской руси кратко