Цитолема. Будова і функції біологічних мембран

Всі біологічні мембрани, включаючи плазматическую мембрану (цитолему) і внутрішні клітинні мембрани, що складаються з ліпідних і білкових молекул, що утворюють кілька шарів. 

Основною структурою будь-якої біологічної мембрани є безперервний подвійний шар ліпідних молекул - ліпідний бислой (рис.  3).  Він забезпечує непроникність мембрани для більшості водорозчинних молекул.  Ліпіди складають близько 50% маси плазматичної мембрани.  Їх молекули мають гідрофільну (люблячу воду) голівку і гідрофобні (бояться води) кінці.  Ліпідні молекули розташовуються у мембранах таким чином, що гідрофобні кінці знаходяться між двома шарами, утвореними гідрофільними голівками. 

Цитолема.  Будова і функції біологічних мембранМолекулы білків не утворять у мембранах суцільного шару, вони розташовуються в шарах ліпідів, занурюючись в них на різну глибину.  У плазматичній мембрані кількість білків становить половину його маси. 

Вуглеводи на поверхні мембрани представлені полісахаридними ланцюжками, які прикріплені до мембранних білків і ліпідів.  Маса вуглеводів у плазматичній мембрані коливається від 2 до 10% від її маси. 

Рис.  3.  Схема будови цитолеми: 1 - ліпіди, 2 - гідрофобна зона ліпідних молекул, 3 - білкові молекули, 4 - полісахариди гликокаликса. 

Вуглеводи розташовуються на зовнішній поверхні клітинної мембрани, яка не контактує з цитоплазмою.  Вуглеводи на клітинній поверхні утворюють надмембранный шар - глікокалікс, який бере участь у процесах міжклітинної впізнавання. 

Функція плазматичної мембрани.  Одна з основних життєво важливих функцій плазматичної мембрани - транспортна функція.  Вона забезпечує надходження в клітину поживних і енергетичних речовин, виведення продуктів обміну і біологічно активних речовин (секретів), регулює проходження в клітину і з клітини різних іонів. 

Існують декілька механізмів для надходження речовин у клітину і вихід їх з клітини: дифузія, активний транспорт, екзо - або эндоцитоз. 

Дифузія - це рух молекул або іонів з області з високою їх концентрацією в область з більш низькою концентрацією.  За рахунок дифузії здійснюється транспорт через мембрани молекул кисню і вуглекислого газу.  Іони і молекули глюкози, амінокислот, жирних кислот дифундують через мембрани повільно. 

Напрямок дифузії іонів визначається двома факторами: один з цих факторів - їх концентрація, інший - електричний заряд.  Іони звичайно переміщаються в область з протилежним зарядом, відштовхуючись з області з однойменною зарядом, дифундують з області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією. 

Активний транспорт - це перенесення молекул або іонів через мембрани з споживанням енергії, проти градієнта концентрації.  Енергія (розщеплення АТФ) необхідна тому, що речовини повинні рухатися всупереч їх природному прагненню дифундувати в протилежному напрямку.  Прикладом активного транспорту іонів є натрій-калієвий насос (Na+, K+-насос).  З внутрішньої сторони мембрани до неї надходять іони Na+, АТФ, а з зовнішньої - іони К+.  На

кожні два отриманих кліткою іона К+ з клітини виводиться три іона Na+.  Внаслідок цього вміст клітини стає більш негативно зарядженим по відношенню до зовнішнього середовища, а між двома поверхнями мембрани виникає різниця потенціалів. 

Перенесення через мембрану великих молекул нуклеотидів, амінокислот і т.  д.  здійснюють мембранні транспортні білки: білки-переносники і каналообразующие білки.  Білки-переносники, зв'язуючись з молекулою речовини, переносять його через мембрану.  Цей процес може бути як пасивним, так і активним.  Каналообразующие білки формують заповнені тканинною рідиною пори, що пронизують ліпідний бислой.  Ці канали мають ворота, що відкриваються на короткий час у відповідь на специфічні процеси, що відбуваються на мембрані. 

Эндоцитоз і экзоцитоз - це два процеси, за допомогою яких здійснюється перенесення макромолекул і великих частинок через мембрану в клітину (эндоцитоз) або з клітини (экзоцитоз).  При эндоцитозе плазматична мембрана утворює впячивания або вирости, які, отшнуровываясь, перетворюються в пухирці.  Опинившись в бульбашках, частинки або рідина переносяться всередину клітини. 

Экзоцитоз - процес, зворотний ендоцитозу.  Це процес, при якому вміст транспортних або секретуються бульбашок виділяється в позаклітинний простір.  При цьому бульбашки проходять через мембрану і розкриваються на її поверхні. 

Клітинна мембрана має також великою кількістю чутливих утворень - рецепторів, здатних сприймати впливу різних хімічних і фізичних подразників. 

Міжклітинні з'єднання (з'єднання мембран) забезпечують передачу хімічних і електричних сигналів, що беруть участь у взаєминах клітин один з одним.  Існують прості, щільні, щілиноподібні і синаптичні міжклітинні з'єднання.  У простих з'єднаннях цитолеми двох клітин стикаються.  У місцях щільних міжклітинних з'єднань цитолеми двох клітин максимально зближені, місцями зливаються, утворюючи як би одну мембрану.  При щілиноподібних з'єднаннях між двома цитолемами є дуже вузька щілина (2 - 3 нм).  Синаптичні з'єднання (синапси) характерні для контактів нервових клітин один з одним.  У них сигнал (нервовий імпульс) здатний передаватися тільки в одному напрямку. 

За допомогою контактів клітини з'єднуються з сусідніми клітинами або внеклеточными структурами.  Щільні контакти роблять неможливим проходження через них навіть невеликих молекул. 

Щілиноподібні контакти і синапси найбільшою мірою забезпечують передачу хімічних і електричних сигналів, тому їх називають коммунікантними контактами клітин.