Цитолемма. строение и функции биологических мембран

Все биологические мембраны, включая плазматическую мембрану (цитолемму) и внутренние клеточные мембраны, состоят из липидных и белковых молекул, образующих не­сколько слоев.

Основной структурой любой био­логической мембраны является не­прерывный двойной слой липидных молекул – липидный бислой (рис. 3). Он обеспечивает непроницаемость мембраны для большинства водо­растворимых молекул. Липиды со­ставляют около 50% массы плазма­тической мембраны. Их молекулы имеют гидрофильную (любящую во­ду) головку и гидрофобные (боя­щиеся воды) концы. Липидные мо­лекулы располагаются в мембранах таким образом, что гидрофобные концы находятся между двумя слоя­ми, образованными гидрофильными головками.

Молекулы белков не образуют в мембранах сплошного слоя, они располагаются в слоях липидов, по­гружаясь в них на разную глубину. В плазматической мембране количе­ство белков составляет половину ее массы.

Углеводы на поверхности мемб­раны представлены полисахаридными цепочками, которые прикреплены к мембранным белкам и липидам. Масса углеводов в плазматической мембране колеблется от 2 до 10% от ее массы.

Рис. 3. Схема строения цитолеммы: 1 – липиды, 2 – гидро­фобная зона липидных мо­лекул, 3 – белковые моле­кулы, 4 – полисахариды гликокаликса.

Углеводы располага­ются на внешней поверхности кле­точной мембраны, которая не контак­тирует с цитоплазмой. Углеводы на клеточной поверхности образуют надмембранный слой – гликокаликс, принимающий участие в про­цессах межклеточного узнавания.

Функция плазматической мембра­ны. Одна из основных жизненно важных функций плазматической мембраны – транспортная функция. Она обеспечивает поступление в клетку питательных и энергетических веществ, выведение продуктов обме­на и биологически активных ве­ществ (секретов), регулирует про­хождение в клетку и из клетки раз­личных ионов.

Существуют несколько механиз­мов для поступления веществ в клет­ку и выхода их из клетки: диффузия, активный транспорт, экзо- или эндоцитоз.

Диффузия – это движение моле­кул или ионов из области с высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией. За счет диф­фузии осуществляется транспорт че­рез мембраны молекул кислорода и углекислого газа. Ионы и молекулы глюкозы, аминокислот, жирных кис­лот диффундируют через мембраны медленно.

Направление диффузии ионов оп­ределяется двумя факторами: один из этих факторов – их концентра­ция, другой – электрический заряд. Ионы обычно перемещаются в об­ласть с противоположным зарядом, отталкиваясь из области с одноимен­ным зарядом, диффундируют из об­ласти с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Активный транспорт – это пере­нос молекул или ионов через мемб­раны с потреблением энергии против градиента концентрации. Энергия (расщепление АТФ) необходима по­тому, что вещества должны двигать­ся вопреки их естественному стрем­лению диффундировать в противо­положном направлении. Примером активного транспорта ионов являет­ся натрий-калиевый насос (Na⁺, K⁺-насос). С внутренней стороны мемб­раны к ней поступают ионы Na⁺, АТФ, а с наружной – ионы К⁺. На

каждые два полученных клеткой ио­на К⁺ из клетки выводится три иона Na⁺. Вследствие этого содержимое клетки становится более отрицатель­но заряженным по отношению к внешней среде, а между двумя поверхностями мембраны возникает разность потенциалов.

Перенос через мембрану крупных молекул нуклеотидов, аминокислот и т. д. осуществляют мембранные транспортные белки: белки-перенос­чики и каналообразующие белки. Белки-переносчики, связываясь с мо­лекулой вещества, переносят его че­рез мембрану. Этот процесс может быть как пассивным, так и актив­ным. Каналообразующие белки фор­мируют заполненные тканевой жид­костью поры, которые пронизывают липидный бислой. Эти каналы имеют ворота, открывающиеся на короткое время в ответ на специфические процессы, происходящие на мембра­не.

Эндоцитоз и экзоцитоз – это два процесса, посредством которых осу­ществляется перенос макромолекул и крупных частиц через мембрану в клетку (эндоцитоз) либо из клет­ки (экзоцитоз). При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки. Оказавшись в пузырьках, частицы или жидкость переносятся внутрь клетки.

Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу. Это процесс, при котором содержимое транспортных или секретируемых пузырьков выделяется во внеклеточное пространство. При этом пузырьки проходят через мембрану и раскрываются на ее поверхности.

Клеточная мембрана обладает также большим количеством чувствительных образований – рецепто­ров, способных воспринимать воздей­ствия различных химических и фи­зических раздражителей.

Межклеточные соединения (сое­динения мембран) обеспечивают пе­редачу химических и электрических сигналов, участвуют во взаимоотно­шениях клеток друг с другом. Су­ществуют простые, плотные, щелевидные и синаптические межклеточ­ные соединения. В простых соеди­нениях цитолеммы двух клеток со­прикасаются. В местах плотных межклеточных соединений цитолеммы двух клеток максимально сближены, местами сливаются, образуя как бы одну мембрану. При щелевидных соединениях между двумя цитолеммами имеется очень узкая щель (2 – 3 нм). Синаптические соединения (синапсы) характерны для контак­тов нервных клеток друг с другом. В них сигнал (нервный импульс) способен передаваться только в од­ном направлении.

С помощью контактов клетки соединяются с соседними клетками или внеклеточными структурами. Плотные контакты делают невозмож­ным прохождение через них даже небольших молекул.

Щелевидные контакты и синапсы в наибольшей степени обеспечивают передачу химических и электричес­ких сигналов, поэтому их называют коммуникантными контактами кле­ток.

1. Из каких молекул построены биологические мембраны? Как эти молекулы расположены в мембранах?

2. Дайте характеристику транспортной функции плазматической мемб­раны. Назовите и опишите виды транспорта через мембрану.

3. Назовите известные вам межклеточные соединения. Какие функции они выполняют?