Биологические мембраны, их строение, свойства и функции. Цитоплазматическая мембрана, оболочка клетки

Внутреннее содержимое клетки от внешней среды отграничено плазматической мембраной (плазмолеммой). У растений, грибов, бактерий плазмолемма снаружи окружена прочной клеточной стенкой.

Строение биологической мембраны. Каркас плазмолеммы состоит из двух слоев фосфолипидов. Молекулы фосфолипидов имеют полярные «головки» (гидрофильные участки) и неполярные «хвосты» (гидрофобные участки). Молекулы расположены таким образом, что их гидрофильные участки обращены к внутренней и внешней водной среде, а их гидрофобные участки находятся в глубине мембраны и обращены друг к другу.

С головками липидных молекул соединены периферические мембранные белки. На наружной поверхности мембраны это рецепторные белки, а на внутренней – белки цитоскелета. Интегральные мембранные белки прочно встроены в липидный слой. Среди них выделяют погруженные белки, молекулы которых погружены в один из липидных слоев (большая часть из них – ферменты). Часть интегральных белков пронизывают мембрану насквозь (трансмембранные белки), они образуют поры, через которые химические вещества могут переходить с одной стороны мембраны на другую.

Плазмолемма снаружи покрыта слоем гликокаликса, основными компонентами которого служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеиды) и жирами (гликолипиды). Гликокаликс играет важную роль в межклеточных взаимодействиях. Гликокаликс клеток эпителия ворсинок тонкого кишечника кроме этого обеспечивает пристеночное пищеварение (в нем расположены ферменты, завершающие расщепление белков и углеводов). Мембранные органоиды клетки построены из похожих по строению мембран, имеющих сходную с плазмолеммой молекулярную организацию.

Свойства мембран:

1.Текучесть. Мембраны – это подвижные текучие структуры, так как молекулы в них не связаны прочными связями и могут перемещаться относительно друг друга.

2. Динамичность. Мембраны – динамичные структуры, способные растягиваться и сжиматься в процессе клеточных движений.

3. Избирательная проницаемость. Мембраны проницаемы для одних веществ и непроницаемы для других.

Функции плазмолеммы:

1) отграничение и защита содержимого цитоплазмы от воздействий окружающей среды;

2) обеспечение связи между клетками;

3) рецепторная функция – на плазмолемме располагаются рецепторы, воспринимающие и передающие сигналы извне внутрь клетки;

4) мембрана – место протекания многочисленных биохимических процессов, благодаря встроенным ферментам;

5) трансмембранный транспорт веществ:

А. Транспорт веществ без затрат энергии или пассивный транспорт осуществляется по градиенту концентрации веществ, из области с большей концентрацией веществ в область с меньшей. Примеры пассивного транспорта: простая диффузия, осмос, облегченная диффузия. Путем диффузии поступают газы (кислород, углекислый газ). Диффузия воды через мембрану – это осмос. Облегченная диффузия – это диффузия с помощью специфического белка-переносчика, который облегчает перенос вещества на противоположную сторону мембраны (например: трансмембранный транспорт глюкозы и большинства аминокислот). Облегчённая диффузия, так же как и простая диффузия и осмос, не требует затрат энергии АТФ.

Б. Транспорт веществ с затратами энергии

– Активный транспорт осуществляется белками- переносчиками против градиента концентрации веществ. Например: натрий-калиевый насос – интегральный белок, выкачивающий из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия, использующий для этого энергию АТФ.

– Эндоцитоз – поглощение клеткой веществ, которые не способны проникать через мембранные поры. При этом процессе плазматическая мембрана образует впячивания, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в вакуоли. Виды эндоцитоза: фагоцитоз (захват и поглощение клеткой твердых частиц) и пиноцитоз (поглощения капелек жидкости с растворенными в ней веществами).

– Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу. Таким способом осуществляется выведение из клетки различных веществ: из пищеварительных вакуолей удаляются плотные непереваренные частицы, а из секреторных клеток выводятся жидкие секреты (гормоны, ферменты).

Клеточная стенка (оболочка) – обязательный компонент клеток растений, грибов, бактерий.

Строение клеточной стенки. Основой клеточной оболочки растений, ее каркасом являются молекулы целлюлозы. В зависимости от типа ткани растений, в состав которой входит клетка, в клеточной оболочке могут быть другие органические вещества. Так, находящийся в клеточных оболочках лигнин приводит к их одревеснению и придает прочность древесине. Откладывающийся на оболочку клеток покровных тканей растения изнутри суберин делает ее непроницаемой для воды и растворов, что приводит к смерти протоплазмы, а клетка заполняется воздухом (образуется пробка).

Структурным компонентом клеточной стенки грибов является хитин.

Основу клеточной стенки прокариот представляет жесткая решетка, состоящая из опорного полимера – пептидогликана (муреина), в которую встроены другие вещества: белки, полисахариды.

Функции клеточной стенки

1) придает клеткам механическую прочность,

2) защищает содержимое клеток от повреждений и избыточной потери воды,

3) поддерживает форму клеток, препятствует их разрыву в гипотонических условиях,

4) участвует в обмене различных ионов и транспорте веществ.