Клітинна мембрана: будову і функції
Основна структурна одиниця живого організму - клітина, яка є диференційованим ділянкою цитоплазми, оточеною клітинною мембраною. Зважаючи на те що клітина виконує безліч найважливіших функцій, таких, як розмноження, харчування, рух, оболонка повинна бути пластичною і щільною.
Історія відкриття і дослідження клітинної мембрани
У 1925 році Гренделем і Гордер був поставлений успішний експеримент з виявлення «тіней» еритроцитів, або порожніх оболонок. Незважаючи на кілька допущених грубих помилок, вченими було вироблено відкриття ліпідного бішару. Їх праці продовжили Даніелла, Доусон в 1935 році, Робертсон в 1960 році. В результаті багаторічної роботи та накопичення аргументів на 1972 Сінгер і Ніколсон створили рідинно-мозаїчну модель будови мембрани. Подальші досліди і дослідження підтвердили праці вчених.
Значення
Що ж являє собою клітинна мембрана? Це слово стало використовуватися більше ста років тому, в перекладі з латинської воно означає «плівка», «шкірка». Так позначають кордон клітини, що є природним бар'єром між внутрішнім вмістом і зовнішнім середовищем. Будова клітинної мембрани передбачає напівпроникливості, завдяки якій волога і поживні речовини і продукти розпаду вільно можуть проходити крізь неї. Цю оболонку можна назвати основною структурною складовою організації клітини.
Розглянемо основні функції клітинної мембрани
1. Розділяє внутрішній вміст клітини і компоненти зовнішнього середовища.
2. Сприяє підтримці постійного хімічного складу клітини.
3. Регулює правильний обмін речовин.
4. Забезпечує взаємозв'язок між клітинами.
5. Розпізнає сигнали.
6. Функція захисту.
"Плазмова оболонка"
Зовнішня клітинна мембрана, звана також плазмової, являє собою ультрамікроскопічні плівку, товщина якої становить від п'яти до семи наномілліметров. Вона складається переважно з білкових з'єднань, фосфолідов, води. Плівка є еластичною, легко вбирає воду, а також стрімко відновлює свою цілісність після ушкоджень.
Відрізняється універсальним будовою. Ця мембрана займає прикордонне положення, бере участь у процесі виборчої проникності, виведенні продуктів розпаду, синтезує їх. Взаємозв'язок з «сусідами» і надійний захист внутрішнього вмісту від пошкодження робить її важливою складовою в такому питанні, як будова клітини. Клітинна мембрана тваринних організмів іноді виявляється покритою найтоншим шаром - гликокаликсом, до складу якого входять білки і полісахариди. Рослинні клітини зовні від мембрани захищені клітинною стінкою, яка виконує функції опори і підтримки форми. Основний компонент її складу - це клітковина (целюлоза) - полісахарид, не розчинний у воді.
Таким чином, зовнішня клітинна мембрана виконує функцію відновлення, захисту та взаємодії з іншими клітинами.
Будова клітинної мембрани
Товщина цієї рухомий оболонки варіюється в межах від шести до десяти наномілліметров. Клітинна мембрана клітини має особливий склад, основою якого служить ліпідний бішар. Гідрофобні хвости, інертні до води, розміщені з внутрішньої сторони, в той час як гідрофільні головки, які взаємодіють з водою, звернені назовні. Кожен липид представляє фосфолипид, який є результатом взаємодії таких речовин, як гліцерин і сфингозин. Ліпідний каркас тісно оточують білки, які розташовані несуцільним шаром. Деякі з них занурені в ліпідний шар, решта проходять крізь нього. В результаті цього утворюються проникні для води ділянки. Виконувані цими білками функції різні. Деякі з них є ферментами, решта - транспортними білками, які переносять різні речовини із зовнішнього середовища на цитоплазму і назад.
Клітинна мембрана наскрізь пронизана і тісно пов'язана інтегральними білками, а з переферическое зв'язок менш міцна. Ці білки виконують важливу функцію, яка полягає в підтримці структури мембрани, отриманні та перетворенні сигналів з навколишнього середовища, транспорті речовин, каталізації реакцій, які відбуваються на мембранах.
Склад
Основу клітинної мембрани являє бімолекулярний шар. Завдяки його безперервності клітина має бар'єрне та механічне властивості. На різних етапах життєдіяльності даний бислой може порушитися. Внаслідок цього утворюються структурні дефекти наскрізних гідрофільних пір. У такому випадку можуть змінюватися абсолютно всі функції такої складової, як клітинна мембрана. Ядро при цьому може постраждати від зовнішніх впливів.
Властивості
Клітинна мембрана клітини має цікаві особливості. Завдяки плинності ця оболонка не є жорсткою структурою, а основна частина білків і ліпідів, які входять до її складу, вільно переміщається на площині мембрани.
В цілому клітинна мембрана асиметрична, тому склад білкових і ліпідних шарів розрізняється. Плазматические мамбран в тваринних клітинах зі своєю зовнішнього боку мають глікопротеїновий шар, який виконує рецепторні і сигнальні функції, а також відіграє велику роль у процесі об'єднання клітин у тканину. Клітинна мембрана є полярною, тобто на зовнішній стороні заряд позитивний, а з внутрішньої сторони - від'ємний. Крім усього перерахованого, оболонка клітини має виборчої проникливістю.
Це означає, що крім води в клітину пропускається тільки певна група молекул та іонів растворившихся речовин. Концентрація такої речовини, як натрій, в більшості клітин значно нижче, ніж у зовнішньому середовищі. Для іонів калію характерно інше співвідношення: їх кількість в клітині набагато вище, ніж у навколишньому середовищі. У зв'язку з цим іонам натрію притаманне прагнення проникнути в клітинну оболонку, а іони калію прагнуть звільнитися назовні. За даних обставин мембрана активізує особливу систему, що виконує «насосну» роль, вирівнюючи концентрацію речовин: іони натрію відкачуються на поверхню клітини, а іони калію накачуються всередину. Дана особливість входить в найважливіші функції клітинної мембрани.
Подібне прагнення іонів натрію і калію переміститися всередину з поверхні відіграє велику роль в питанні транспортування цукру і амінокислот в клітку. У процесі активного видалення іонів натрію з клітини мембрана створює умови для нових надходжень глюкози і амінокислот всередину. Навпаки, в процесі перенесення іонів калію всередину клітини поповнюється число "транспортувальників" продуктів розпаду зсередини клітини в зовнішнє середовище.
Як відбувається живлення клітини через клітинну мембрану?
Багато клітини поглинають речовини за допомогою таких процесів, як фагоцитоз і пиноцитоз. При першому варіанті гнучкою зовнішньою мембраною створюється маленьке поглиблення, в якому виявляється захоплююча частка. Потім діаметр поглиблення стає більше, поки оточена частка не потрапить в клітинну цитоплазму. За допомогою фагоцитозу підживлюються деякі найпростіші, наприклад амеби, а також кров'яні тільця - лейкоцити і фагоцити. Аналогічним чином клітини поглинають рідину, яка містить необхідні корисні речовини. Таке являніе носить назву пиноцитоз.
Зовнішня мембрана тісно з'єднана з ендоплазматичної мережею клітини.
У багатьох типів основних складових тканини на поверхні мембрани розташовані виступи, складки, микроворсинки. Рослинні клітини зовні цієї оболонки покриті ще однієї, товстої і чітко помітною в мікроскоп. Клітковина, з якої вони складаються, допомагає формувати опору тканин рослинного походження, наприклад, деревину. Клітини тварин також мають ряд зовнішніх структур, які знаходяться поверх клітинної мембрани. Вони носять виключно захисний характер, приклад тому - хітин, що міститься в покривних клітинах комах.
Крім клітинної, існує внутрішньоклітинна мембрана. Її функція полягає в поділі клітини на кілька спеціалізованих замкнутих відсіків - компартментов або органел, де повинна підтримуватися певне середовище.
Таким чином, неможливо переоцінити роль такої складової основної одиниці живого організму, як клітинна мембрана. Будову і функції передбачають істотне розширення загальної площі поверхні клітини, поліпшення обмінних процесів. До складу цієї молекулярної структури входять білки і ліпіди. Відокремлюючи клітину від зовнішнього середовища, мембрана забезпечує її цілісність. З її допомогою міжклітинні зв'язки підтримуються на достатньо міцному рівні, утворюючи тканини. У зв'язку з цим можна зробити висновок, що одну з найважливіших ролей в клітці грає клітинна мембрана. Будову і функції, виконувані нею, радикально відрізняються в різних клітинах, залежно від їх призначення. За допомогою цих особливостей досягається різноманітність фізіологічної активності клітинних оболонок і їх ролей в існуванні клітин і тканин.
