Для чего нужна клеточная мембрана простыми словами

Что такое клеточная мембрана?

Содержание:

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.

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:

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.

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

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

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

Транспортная функция

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

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.

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.

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:

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.

Источник

Клеточная мембрана

Клеточная мембрана также называется плазматической (или цитоплазматической) мембраной и плазмалеммой. Данная структура не только отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды, но также входит с состав большинства клеточных органелл и ядра, в свою очередь отделяя их от гиалоплазмы (цитозоля) — вязко-жидкой части цитоплазмы. Договоримся называть цитоплазматической мембраной ту, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды. Остальными терминами обозначать все мембраны.

Строение клеточной мембраны

В основе строения клеточной (биологической) мембраны лежит двойной слой липидов (жиров). Формирование такого слоя связано с особенностями их молекул. Липиды не растворяются в воде, а по-своему в ней конденсируются. Одна часть отдельно взятой молекулы липида представляет собой полярную головку (она притягивается водой, т. е. гидрофильна), а другая — пару длинных неполярных хвостов (эта часть молекулы отталкивается от воды, т. е. гидрофобна). Такое строение молекул заставляет их «прятать» хвосты от воды и поворачивать к воде свои полярные головки.

В результате образуется двойной липидный слой, в котором неполярные хвосты находятся внутри (обращены друг к другу), а полярные головки обращены наружу (к внешней среде и цитоплазме). Поверхность такой мембраны гидрофильна, а внутри она гидрофобна.

В клеточных мембранах среди липидов преобладают фосфолипиды (относятся к сложным липидам). Их головки содержат остаток фосфорной кислоты. Кроме фосфолипидов есть гликолипиды (липиды + углеводы) и холестерол (относится к стеролам). Последний придает мембране жесткость, размещаясь в ее толще между хвостами остальных липидов (холестерол полностью гидрофобный).

За счет электростатического взаимодействия, к заряженным головкам липидов присоединяются некоторые молекулы белков, которые становятся поверхностными мембранными белками. Другие белки взаимодействуют с неполярными хвостами, частично погружаются в двойной слой или пронизывают его насквозь.

Таким образом, клеточная мембрана состоит из двойного слоя липидов, поверхностных (периферических), погруженных (полуинтегральных) и пронизывающих (интегральных) белков. Кроме того, некоторые белки и липиды с внешней стороны мембраны связаны с углеводными цепями.

Это жидкостно-мозаичная модель строения мембраны была выдвинута в 70-х годах XX века. До этого предполагалась бутербродная модель строения, согласно которой липидный бислой находится внутри, а с внутренней и наружной стороны мембрана покрыта сплошными слоями поверхностных белков. Однако накопление экспериментальных данных опровергло эту гипотезу.

Толщина мембран у разных клеток составляет около 8 нм. Мембраны (даже разные стороны одной) отличаются между собой по процентному соотношению различных видов липидов, белков, ферментативной активности и др. Какие-то мембраны более жидкие и более проницаемые, другие более плотные.

Разрывы клеточной мембраны легко сливаются из-за физико-химических особенностей липидного бислоя. В плоскости мембраны липиды и белки (если только они не закреплены цитоскелетом) перемещаются.

Функции клеточной мембраны

Большинство погруженных в клеточную мембрану белков выполняют ферментативную функцию (являются ферментами). Часто (особенно в мембранах органоидов клетки) ферменты располагаются в определенной последовательности так, что продукты реакции, катализируемые одним ферментом, переходят ко второму, затем третьему и т. д. Образуется конвейер, который стабилизируют поверхностные белки, т. к. не дают ферментам плавать вдоль липидного бислоя.

Клеточная мембрана выполняет отграничивающую (барьерную) от окружающей среды и в то же время транспортную функции. Можно сказать, это ее самое главное назначение. Цитоплазматическая мембрана, обладая прочностью и избирательной проницаемостью, поддерживает постоянство внутреннего состава клетки (ее гомеостаз и целостность).

При этом транспорт веществ происходит различными способами. Транспорт по градиенту концентрации предполагает передвижение веществ из области с их большей концентрацией в область с меньшей (диффузия). Так, например, диффундируют газы (CO₂, O₂).

Бывает также транспорт против градиента концентрации, но с затратой энергии.

Транспорт бывает пассивным и облегченным (когда ему помогает какой-нибудь переносчик). Пассивная диффузия через клеточную мембрану возможна для жирорастворимых веществ.

Есть особые белки, делающие мембраны проницаемыми для сахаров и других водорастворимых веществ. Такие переносчики соединяются с транспортируемыми молекулами и протаскивают их через мембрану. Так переносится глюкоза внутрь эритроцитов.

Пронизывающие белки, объединяясь, могут образовывать пору для перемещения некоторых веществ через мембрану. Такие переносчики не перемещаются, а образуют в мембране канал и работают аналогично ферментам, связывая определенное вещество. Перенос осуществляется благодаря изменению конформации белка, благодаря чему в мембране образуются каналы. Пример — натрий-калиевый насос.

Транспортная функция клеточной мембраны эукариот также реализуется за счет эндоцитоза (и экзоцитоза). Благодаря этим механизмам в клетку (и из нее) попадают крупные молекулы биополимеров, даже целые клетки. Эндо- и экзоцитоз характерны не для всех клеток эукариот (у прокариот его вообще нет). Так эндоцитоз наблюдается у простейших и низших беспозвоночны; у млекопитающих лейкоциты и макрофаги поглощают вредные вещества и бактерии, т. е. эндоцитоз выполняет защитную функцию для организма.

Эндоцитоз делится на фагоцитоз (цитоплазма обволакивает крупные частицы) и пиноцитоз (захват капелек жидкости с растворенными в ней веществами). Механизм этих процессов приблизительно одинаков. Поглощаемые вещества на поверхности клеток окружаются мембраной. Образуется пузырек (фагоцитарный или пиноцитарный), который затем перемещается внутрь клетки.

Экзоцитоз — это выведение цитоплазматической мембраной веществ из клетки (гормонов, полисахаридов, белков, жиров и др.). Данные вещества заключаются в мембранные пузырьки, которые подходят к клеточной мембране. Обе мембраны сливаются и содержимое оказывается за пределами клетки.

Цитоплазматическая мембрана выполняет рецепторную функцию. Для этого на ее внешней стороне располагаются структуры, способные распознавать химический или физический раздражитель. Часть пронизывающих плазмалемму белков с наружней стороны соединены с полисахаридными цепочками (образуя гликопротеиды). Это своеобразные молекулярные рецепторы, улавливающие гормоны. Когда конкретный гормон связывается со своим рецептором, то изменяет его структуру. Это в свою очередь запускает механизм клеточного ответа. При этом могут открываться каналы, и в клетку могут начать поступать определенные вещества или выводиться из нее.

Рецепторная функция клеточных мембран хорошо изучена на основе действия гормона инсулина. При связывании инсулина с его рецептором-гликопротеидом происходит активация каталитической внутриклеточной части этого белка (фермента аденилатциклазы). Фермент синтезирует из АТФ циклическую АМФ. Уже она активирует или подавляет различные ферменты клеточного метаболизма.

Рецепторная функция цитоплазматической мембраны также включает распознавание соседних однотипных клеток. Такие клетки прикрепляются друг к другу различными межклеточными контактами.

В тканях с помощью межклеточных контактов клетки могут обмениваться между собой информацией с помощью специально синтезируемых низкомолекулярных веществ. Одним из примеров подобного взаимодействия является контактное торможение, когда клетки прекращают рост, получив информацию, что свободное пространство занято.

Межклеточные контакты бывают простыми (мембраны разных клеток прилегают друг к другу), замковыми (впячивания мембраны одной клетки в другую), десмосомы (когда мембраны соединены пучками поперечных волокон, проникающих в цитоплазму). Кроме того, есть вариант межклеточных контактов за счет медиаторов (посредников) — синапсы. В них сигнал передается не только химическим, но и электрическим способом. Синапсами передаются сигналы между нервными клетками, а также от нервных к мышечным.

Источник

Клеточная мембрана

Всего получено оценок: 1264.

Всего получено оценок: 1264.

Клеточная мембрана – это плоскостная структура, из которой построена клетка. Она присутствует у всех организмов. Её уникальные свойства обеспечивают жизнедеятельность клеток.

Виды мембран

Можно выделить три вида клеточных мембран:

Наружная цитоплазматическая мембрана создаёт границы клетки. Её не надо путать с клеточной стенкой или оболочкой, имеющейся у растений, грибов и бактерий.

Отличие клеточной стенки от клеточной мембраны в значительно большей толщине и преобладании защитной функции над обменной. Мембрана располагается под клеточной стенкой.

Ядерная мембрана отделяет от цитоплазмы содержимое ядра.

которые читают вместе с этой

Среди органоидов клетки есть такие, форма которых образована одной или двумя мембранами:

Строение мембраны

По современным представлениям структура клеточной мембраны описывается с помощью жидкостномозаичной модели. Основу мембраны составляет билипидный слой – два уровня молекул липидов, образующих плоскость. С обеих сторон на билипидном слое расположены молекулы белков. Некоторые белки погружены в билипидный слой, некоторые проходят через него.

Рис. 1. Клеточная мембрана.

Животные клетки на поверхности мембраны имеют комплекс углеводов. При изучении клетки под микроскопом отмечено, что мембрана находится в постоянном движении и неоднородна по строению.

Мембрана является мозаикой и в морфологическом, и в функциональном смысле, т. к. её различные участки содержат различные вещества и имеют разные физиологические свойства.

Свойства и функции

Любая пограничная структура осуществляет защитные и обменные функции. Это касается и всех видов мембран.

Осуществлению данных функций способствуют такие свойства, как:

Свойство полупроницаемости заключается в том, что одни вещества не пропускаются мембраной, а другие пропускаются свободно. Так осуществляется контролирующая функция мембраны.

Также наружная мембрана обеспечивает связь между клетками за счёт многочисленных выростов и выделения клеящего вещества, заполняющего межклеточное пространство.

Транспорт веществ через мембрану

Поступление веществ через наружную мембрану идёт следующими путями:

Первыми двумя способами транспортируются ионы и мелкие молекулы. Крупные молекулы поступают в клетку путём пиноцитоза (в жидком состоянии) и фагоцитоза (в твёрдом виде).

Рис. 2. Схема пино- и фагоцитоза.

Мембрана обхватывает пищевую частицу и замыкает её в пищеварительную вакуоль.

Вода и ионы проходят в клетку без затрат энергии, пассивным транспортом. Крупные молекулы перемещаются активным транспортом, с затратой энергетических ресурсов.

Внутриклеточный транспорт

От 30 % до 50 % объёма клетки занимает эндоплазматическая сеть. Это своеобразная система полостей и каналов, связывающая все части клетки и обеспечивающая упорядоченную внутриклеточную транспортировку веществ.

Рис. 3. Рисунок ЭПС.

Таким образом, в ЭПС сосредоточена значительная масса клеточных мембран.

Что мы узнали?

Мы выяснили что такое клеточная мембрана в биологии. Это структура, на основе которой построены все живые клетки. Её значение в клетке заключается в: отграничении пространства органоидов, ядра и клетки в целом, обеспечении избирательного поступления веществ в клетку и ядро. В состав мембраны входят молекулы липидов и белков.

Источник

Клеточная мембрана

Что такое клеточная мембрана

Поддержание жизнедеятельности клетки и контроль за ее целостностью осуществляет защитная пленка. Изучение мембран, их функционирования необходим для понимания причин возникновения заболеваний и способах лечения. Глубокое изучение клеточных мембран позволит создавать лекарства, снизить смертность и отыскать механизмы борьбы с болезнями внутри организма человека.

Каждая клетка в организме находится в специальной защитной пленке, которая и называется клеточной мембраной. Она выполняет много функций, благодаря которым поддерживается процесс жизнедеятельности клетки.

Название пленка и мембрана это одно и тоже, заимствованное из мертвого языка – латыни. Фактически это сложная структура, состоящая из двух пленок, которые соединены и имеют ряд свойств. Самое главное – это защита содержимого внутри оболочки и обеспечение возможности доставления внутрь клетки питательных веществ. Мембрана отвечает за полноценное обеспечение связи клеток друг с другом, и с окружающей средой. Бислой сформирован из липидных молекул, большая часть из которых это фосфолипиды или сложные липиды. Липидная молекула состоит из гидрофильной головки и гидрофобного хвоста. Структура мембраны похожа у многих организмов.

Мембрана включает и разные белки:

Функции клеточной мембраны

Клеточный обмен может происходить 3 способами

Свойства клеточной мембраны

Клеточные мембраны это не стабильные субстанции, а динамичные текучие образования. Молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями, поэтому они способны быстро передвигаться внутри мембраны. Динамичность мембран проявляется в их способности легко расширяться, сужаться, восстанавливаться после повреждений.

Мембраны у разных биологических видов разные. Прежде всего отличаются по химическому составу. Также отличаются по количеству белков, липидов, по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип индивидуален, что определено гликопротеинами, участвующими в распознании факторов внешней среды и узнавании родственных клеток.

В мембранах находятся рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки.

Одно из главных свойств мембраны – выборочная или направленная проницаемость. Благодаря этой способности молекулы и ионы проникают через пленку стенок с разной скоростью. Чем крупнее молекула, тем медленнее ее скорость проникновения. Самая большая проникающая способность у воды и растворенных в ней газах. Ионы проходят через мембрану с меньшей скоростью.

Строение клеточной мембраны

Клеточная мембрана состоит из липидов

Фосфолипиды и гликолипиды состоят из гидрофильной головки и двух длинных гидрофобных хвостиков.

Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

Внутри клеточной мембраны находятся разнообразные белки. Их окружают аннулярные липиды (структурированные жиры, оберегают белок и помогают ему функционировать).

Состав клеточной мембраны

В мембране имеется три слоя, главным из которых является однородный жидкий билипидный слой. Окружают его белки, благодаря которым обеспечивается проницаемость клеточных мембран. Фосфолипиды – фундамент мембраны, составляет до 90% от общего количества липидов.

Для проникновения сквозь мембрану таких веществ как калий и натрий, существуют специальные ионные каналы клеточных мембран.

Белки клеточной мембраны

Для клетки жизненно важно взаимодействовать как с соседними клетками, так и с окружающим миром. Некоторые микроскопические молекулы или потоки света беспрепятственно проникают сквозь мембрану, взаимодействуя с белками напрямую. При этом в клетке запускаются химические реакции выработки новых белков или появляется новая программа жизнедеятельности клетки. Пример ответных реакций это: деление клетки, выделять ферменты или гормоны. Клетка может запустить механизм самоуничтожения. Принцип у всех один – внутриклеточный запуск каскада превращений химических реакций.

Чтобы клетка могла функционировать продолжительное время, в нее должны поступать питательные вещества извне. Сигналы, достигающие внутриклеточного пространства, должны правильно обрабатываться и выдавать ответную реакцию. Для этого на поверхности мембраны есть специальные рецепторы: ионные каналы, порины, транспортеры, молекулярные моторы, структурные белки.

Появление гормонов или сигнальных молекул снаружи клетки вызывает в рецепторных белках сигнал. Самый яркий представитель – рецептор инсулина, который отвечает за снабжение клетки глюкозой. Транспорт ионов происходит через ионные каналы, которые поддерживают разницу в их концентрации между наружной средой и внутренней. Натриевые и калевые каналы отвечают за передачу нервного импульса. Порины и транспортеры отвечают за перенос воды и определенных молекул сквозь мембрану. Структурные белки поддерживают структуру мембраны и взаимодействуют с остальными белками.

Кроме всего прочего есть еще внутриклеточные пути передачи сигналов при помощи каскадов реакций.

Цитоплазма и клеточная мембрана

Цитоплазма – это часть клетки, которая находится между плазматической мембраной и ядром. Выделяют составляющие:

Химический состав цитоплазмы

До 90% занимает вода, остальное – всевозможные соединения органики и неорганических веществ. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Отличительная особенность цитоплазмы – циклоз или постоянное движение. Заметить это можно по перемещению внутри клетки хлоропластов. Жизнедеятельность клетки напрямую зависит от движения цитоплазмы. Прекращение движения ведет к гибели клетки, прекращению ее жизнедеятельности.

Гиалоплазма или цитозоль – коллоидный раствор, который не имеет цвета. По составу напоминает густую слизь. В этой жидкости протекают процессы, которые обеспечивают обменные процессы веществ. Благодаря цитозоли осуществляется связь между ядром и всеми органоидами

В свою очередь подразделяется на две формы, которые способны менять свое физическое состояние.

Цитоплазма объединяет все внутренние составляющие клетки в единое целое. Ее среда – это место где протекают физиологические и биохимические клеточные процессы. Цитоплазма отвечает за жизнедеятельность и функционирование органоидов.

Проницаемость клеточных мембран

Проницаемость – это важнейшая функция защитного слоя клетки. Благодаря ей происходит движение внутрь и извне клетки многих метаболитов. Постоянно поддерживается форма клетки, баланс в ней веществ, осуществляется проведение нервного импульса, поддерживается жизнеспособность клетки.

Низкомолекулярные жирорастворимые вещества, такие как глицерин, спирты, мочевина могут беспрепятственно самостоятельно проникать через мембранную оболочку. Это лишь малая часть переносимых веществ, называется простая диффузия. Сложное перемещение называется транслокация и невозможно без дополнительных транспортных систем.

Есть предположение, что системы-переносчики состоят из белков или липопротеидов, а также ряд других компонентов. Переносчик или система сначала связывает переносимое вещество, а потом доставляет его через мембрану внутрь клетки. Выделяют также неподвижных переносчиков, которые не перемещаются внутри мембранной оболочки, а являются своеобразным туннелем или каналом. Выделяют также и вторичную транслокацию – переносчик осуществляет связь с переносимым веществом путем невалентных взаимодействий. Выделяют 3 вида:

Липиды клеточных мембран

Клеточная мембрана состоит из белков и липидов, основу которых составляют фосфолипиды. Фосфолипиды занимают значительную часть – 40-90% всех липидов в мембранной оболочке.

Липиды – это амфипатические молекулы, самостоятельно формирующие бислои.

Липиды имеют особенность: растворяются только в растворителях на органической основе и совсем не подвержены растворению в воде. Клеточная мембрана имеет несколько видов липидов: фосфолипиды, холестерол, гликолипиды.

Строение клеточной мембраны до конца не изучено. Происходит постоянное изучение и составление моделей состава мембраны. В одной – мембрана характеризуется как липидный двойной слой. В этом слое углеводородные хвосты липидов за счет гидрофобных взаимодействий удерживаются друг возле друга в вытянутом состоянии во внутренней полости, образуя двойной углеводородный слой. Полярные группы липидов находятся на внешней поверхности бислоя.

Изучение клеточных мембран перспективное направление в науке. Возможно, с полным пониманием механизмов, происходящих внутри клетки, позволит продлить жизнь. Может быть удастся найти ключик к долголетию.

Источник