Цитоплазматична мембрана. функції

Цитоплазматична мембрана або плазмалема(лат. membrana – шкірка, плівка) – найтонша плівка ( 7– 10нм), що відмежовує внутрішній вміст клітини від навколишнього середовища, видно тільки в електронний мікроскоп.

за хімічної організаціїплазмалема представляє ліпопротеїдний комплекс – молекули ліпідіві білків.

Її основу становить ліпідний бислой, що складається з фосфоліпідів, крім цього, в мембранах присутні гліколіпіди та холестерол. Усі вони мають властивість амфіпатричності, тобто. вони мають гідрофільні («люблячі воду») і гидрофобные («бояться води») кінці. Гідрофільні полярні "головки" ліпідних молекул (фосфатна група) звернені назовні мембрани, а гідрофобні неполярні "хвости" (залишки жирних кислот) - один до одного, що створює біполярний ліпідний шар. Молекули ліпідів рухливі і можуть переміщатися у своєму моношарі або рідко – з одного моношару до іншого. Монослои ліпідів мають асиметричність, т. е. відрізняються за складом ліпідів, що надає специфічність мембран навіть у межах однієї клітини. Бисло ліпідів може перебувати у стані рідкого або твердого кристала.

Другим обов'язковим компонентом плазмалеми є білки. Багато мембранних білків здатні переміщатися в площині мембрани або обертатися навколо своєї осі, але не можуть переходити з одного боку бислоя ліпідів на інший.

Ліпіди забезпечують основні структурні особливостімембрани, а білки – її функції.

Функції мембранних білків різні: підтримка структури мембран, отримання та перетворення сигналів з навколишнього середовища, транспорт деяких речовин, каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах.

Розрізняють декілька моделей будови цитоплазматичної мембрани.

①. БУТЕРБРОДНА МОДЕЛЬ(білки– ліпіди– білки)

У 1935р.англійські вчені Даніеліі Даусонвисловили ідею про пошарове розташування мембранемолекул білків (темні шари в електронному мікроскопі), які залягають зовні, і молекул ліпідів (світлий шар) – усередині . Тривалий час існувало уявлення про єдину тришарову будову всіх біологічних мембран.

При детальному вивченні мембрани за допомогою електронного мікроскопа виявилося, що світлий шар насправді представлений двома шарами фосфоліпідів – це біліпідний шар, причому водорозчинні його ділянки – гідрофільні головкиспрямовані до білкового шару, а нерозчинні (залишки жирних кислот) – гідрофобні хвостизвернені один до одного.

②. РІДИНО-МОЗАЇЧНА МОДЕЛЬ

У 1972р.Сінгер і Ніколсон описали модель мембрани, яка набула широкого визнання. Згідно з цією моделлю молекули білків не утворюють суцільного шару, а занурені в біполярний ліпідний шар на різну глибину у вигляді мозаїки. Глобули білкових молекул, подібно до айсбергів, занурені в «океан»

ліпідів: одні знаходяться на поверхні шару біліпіду – периферичні білки, інші поринають у нього наполовину – напівінтегральні білки, треті – інтегральні білки- Пронизують його наскрізь, формуючи гідрофільні пори. Периферичні білки, перебуваючи лежить на поверхні біліпідного шару, пов'язані з головками ліпідних молекул електростатичними взаємодіями. Але вони ніколи не утворюють суцільного шару і, по суті, не є білками власне мембрани, а швидше пов'язують її з надмембранною або субмембранною системою поверхневого апарату клітини.

Основну роль в організації власне мембрани грають інтегральні та напівінтегральні (трансмембранні) білки, що мають глобулярну структуру та пов'язані з ліпідною фазою гідрофільно-гідрофобними взаємодіями. Молекули білків, як і ліпіди, мають амфіпатричність і своїми гідрофобними ділянками взаємодіють з гідрофобними хвостами біліпідного шару, а гідрофільні ділянки звернені до водного середовища та утворюють з водою водневі зв'язки.

③. БІЛКОВО-КРИСТАЛИЧНА МОДЕЛЬ(модель ліпопротеїнового килимка)

Мембрани утворені переплетенням ліпідних та білкових молекул, що поєднуються між собою на основі гідрофільно-

гідрофобних взаємодій.

Білкові молекули, як штифти, пронизують шар ліпідів та виконують у складі мембрани функцію каркасу. Після обробки мембрани жиророзчинними речовинами білковий каркас зберігається, що доводить взаємозв'язок між молекулами білків у мембрані. Мабуть, ця модель реалізується лише в окремих спеціальних ділянках деяких мембран, де потрібна жорстка структура та тісні стабільні взаємини між ліпідами та білками (наприклад, в області розташування ферменту Na-К -АТФ-ази).

Найуніверсальнішою моделлю, що відповідає термодинамічним принципам (принципам гідрофільно-гідрофобних взаємодій), морфо-біохімічним та експерименту
нтально-цитологічним даними, є рідинно-мозаїчна модель. Однак всі три моделі мембран не виключають одна одну і можуть зустрічатися в різних ділянкаходнієї і тієї ж мембрани в залежності від функціональних особливостей цієї ділянки.

ВЛАСТИВОСТІ МЕМБРАНИ

1. Здатність до самоскладання.Після руйнівних впливів мембрана здатна відновити структуру, т.к. молекули ліпідів на основі своїх фізико-хімічних властивостейзбираються в біполярний шар, який потім вбудовуються молекули білків.

2. Плинність.Мембрана не є жорсткою структурою, велика частина білків і ліпідів, що входять до її складу, може переміщатися в площині мембрани, вони постійно флюктують за рахунок обертальних і коливальних рухів. Це визначає велику швидкість протікання хімічних реакційна мембрані.

3. Напівпроникність. Мембрани живих клітин пропускають, крім води, лише певні молекули та іони розчинених речовин. Це забезпечує підтримку іонного та молекулярного складу клітини.

4. Мембрана не має вільних кінців. Вона завжди замикається у бульбашки.

5. Асиметричність. Склад зовнішнього та внутрішнього шарів як білків, так і ліпідів різний.

6. Полярність. Зовнішній бік мембрани несе позитивний заряд, а внутрішня – негативний.

ФУНКЦІЇ МЕМБРАНИ

1) Бар'єрна –плазмалема відмежовує цитоплазму та ядро від зовнішнього середовища. Крім того, мембрана поділяє внутрішній вміст клітини на відсіки (компартменти), в яких найчастіше протікають протилежні біохімічні реакції.

2) Рецепторна(сигнальна) – завдяки важливій властивості білкових молекул – денатурації, мембрана здатна вловлювати різні зміни у навколишньому середовищі. Так, при впливі на мембрану клітини різних середовищних факторів (фізичних, хімічних, біологічних) білки, що входять до її складу, змінюють свою просторову конфігурацію, що є своєрідним сигналом для клітини.

Це забезпечує зв'язок із зовнішнім середовищем, розпізнавання клітин та їхню орієнтацію при формуванні тканин тощо. З цією функцією пов'язана діяльність різних регуляторних систем та формування імунної відповіді.

3) Обмінна- До складу мембрани входять не тільки структурні білки, які утворюють її, але і ферментативні, що є біологічними каталізаторами. Вони розташовуються на мембрані у вигляді «каталітичного конвеєра» та визначають інтенсивність та спрямованість реакцій метаболізму.

4) Транспортна– молекули речовин, діаметр яких не перевищує 50 нм, можуть проникати шляхом пасивного та активноготранспорту через пори у структурі мембрани. Великі речовини потрапляють у клітину шляхом ендоцитозу(Транспорт у мембранній упаковці), що вимагає витрати енергії. Його різновидами є фаго- та піноцитоз.

Пасивний транспорт – вид транспорту, у якому перенесення речовин здійснюється за градієнтом хімічної чи електрохімічної концентрації без витрати АТФ. Виділяють два види пасивного транспорту: проста та полегшена дифузія. Дифузія– це перенесення іонів чи молекул із зони вищої їхньої концентрації в зону нижчої концентрації, тобто. за градієнтом.

Проста дифузія– іони солей та вода проникають через трансмембранні білки або жиророзчинні речовини за градієнтом концентрації.

Полегшена дифузія– специфічні білки-переносники зв'язують речовину та переносять її через мембрану за принципом «пінг-понгу». Таким способом через мембрану проходять цукри та амінокислоти. Швидкість такого транспорту значно вища, ніж проста дифузія. Крім білків-переносників, у полегшеній дифузії беруть участь деякі антибіотики – наприклад, грамітидин та ваноміцин.

Оскільки вони забезпечують транспорт іонів, їх називають іонофорами.

Активний транспорт – це вид транспорту, у якому витрачається енергія АТФ, він проти градієнта концентрації. У ньому беруть участь ферменти АТФ-ази. У зовнішній клітинній мембрані знаходяться АТФ-ази, які здійснюють перенесення іонів проти концентрації градієнта, це явище називається іонним насосом. Прикладом є натрій-калієвий насос. У нормі у клітині більше іонів калію, у зовнішньому середовищі – іонів натрію. Тому за законами простої дифузії калій прагне клітини, а натрій – клітини. На противагу цьому натрій-калієвий насос накачує проти градієнта концентрації клітину іони калію, а іони натрію виносить у зовнішнє середовище. Це дозволяє підтримувати сталість іонного складу у клітині та її життєздатність. У тваринній клітині одна третина АТФ витрачається на роботу натрій-калієвого насоса.

Різновидом активного транспорту є транспорт у мембранній упаковці. ендоцитоз. Великі молекули біополімерів не можуть проникати через мембрану, вони надходять у клітину мембранної упаковці. Розрізняють фагоцитоз та піноцитоз. Фагоцитоз- Захоплення клітиною твердих частинок, піноцитоз- Рідких частинок. У цих процесах виділяють стадії:

1) впізнавання рецепторами мембрани речовини; 2) вп'ячування (інвагінація) мембрани з утворенням везикули (бульбашка); 3) відрив бульбашки від мембрани, злиття його з первинною лізосомою та відновлення цілісності мембрани; 4) виділення неперетравленого матеріалу із клітини (екзоцитоз).

Ендоцитоз є способом харчування найпростіших. У ссавців та людини є ретикуло-гістіо-ендотеліальна система клітин, здатна до ендоцитозу – це лейкоцити, макрофаги, клітини Купфера у печінці.

ОСМОТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КЛІТИНИ

Осмос- односторонній процес проникнення води через напівпроникну мембрану з області з меншою концентрацією розчину в область з більш високою концентрацією. Осмос обумовлює осмотичний тиск.

Діаліз– одностороння дифузія розчинених речовин.

Розчин, в якому осмотичний тиск такий самий, як і в клітинах, називають ізотонічним.При зануренні клітини ізотонічний розчин її обсяг не змінюється. Ізотонічний розчин називають фізіологічним- це 0,9% розчин хлориду натрію, який широко застосовується в медицині при сильному зневодненні та втрати плазми крові.

Розчин, осмотичний тиск якого вищий, ніж у клітинах, називають гіпертонічним.

Клітини в гіпертонічному розчині втрачають воду і зморщуються. Гіпертонічні розчини широко застосовують у медицині. Марлева пов'язка, змочена в гіпертонічному розчині, добре вбирає гній.

Розчин, де концентрація солей нижча, ніж у клітині, називають гіпотонічним. При зануренні клітини в такий розчин вода спрямовується до неї. Клітина набухає, її тургор збільшується, і може зруйнуватися. Гемоліз- руйнування клітин крові у гіпотонічному розчині.

Осмотичний тиск в організмі людини загалом регулюється системою органів виділення.

Попередня123456789Наступна

ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:

Клітинна мембранатакож називається плазматичною (або цитоплазматичною) мембраною та плазмалемою. Дана структура не тільки відокремлює внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища, але також входить до складу більшості клітинних органел та ядра, у свою чергу відокремлюючи їх від гіалоплазми (цитозолю) - в'язко-рідкої частини цитоплазми. Домовимося називати цитоплазматичною мембраноюту, що відокремлює вміст клітини від зовнішнього середовища. Іншими термінами позначатимуть усі мембрани.

Будова клітинної мембрани

В основі будови клітинної (біологічної) мембрани лежить подвійний шар ліпідів (жирів). Формування такого шару пов'язані з особливостями їх молекул. Ліпіди не розчиняються у воді, а по-своєму у ній конденсуються. Одна частина окремо взятої молекули ліпіду є полярною голівкою (вона притягується водою, тобто гідрофільна), а інша - пару довгих неполярних хвостів (ця частина молекули відштовхується від води, тобто гідрофобна). Така будова молекул змушує їх «ховати» хвости від води та повертати до води свої полярні голівки.

В результаті утворюється подвійний ліпідний шар, в якому неполярні хвости знаходяться всередині (навернені один до одного), а полярні головки звернені назовні (до зовнішнього середовища та цитоплазми). Поверхня такої мембрани гідрофільна, а всередині вона гідрофобна.

У клітинних мембранах серед ліпідів переважають фосфоліпіди (належать до складних ліпідів). Їхні головки містять залишок фосфорної кислоти. Крім фосфоліпідів є гліколіпіди (ліпіди + вуглеводи) та холестерол (належить до стеролів). Останній надає мембрані жорсткості, розміщуючись у її товщі між хвостами інших ліпідів (холестерол повністю гідрофобний).

За рахунок електростатичної взаємодії до заряджених головок ліпідів приєднуються деякі молекули білків, які стають поверхневими мембранними білками. Інші білки взаємодіють із неполярними хвостами, частково занурюються у подвійний шар або пронизують його наскрізь.

Таким чином, клітинна мембрана складається з подвійного шару ліпідів, поверхневих (периферичних), занурених (напівінтегральних) та пронизливих (інтегральних) білків. Крім того, деякі білки та ліпіди із зовнішнього боку мембрани пов'язані з вуглеводними ланцюгами.

Це рідинно-мозаїчна модель будови мембранибула висунута у 70-х роках XX століття. До цього передбачалася бутербродна модель будови, згідно з якою ліпідний бислой знаходиться всередині, а з внутрішньої та зовнішньої сторони мембрана покрита суцільними шарами поверхневих білків. Однак накопичення експериментальних даних спростувало цю гіпотезу.

Товщина мембран у різних клітин становить близько 8 нм. Мембрани (навіть різні сторони однієї) відрізняються між собою за відсотковим співвідношенням різних видівліпідів, білків, ферментативної активності та ін. Якісь мембрани більш рідкі та проникніші, інші більш щільні.

Розриви клітинної мембрани легко зливаються через фізико-хімічні особливості ліпідного бислоя. У площині мембрани ліпіди та білки (якщо вони не закріплені цитоскелетом) переміщаються.

Функції клітинної мембрани

Більшість занурених у клітинну мембрану білків виконують ферментативну функцію (є ферментами). Часто (особливо в мембранах органоїдів клітини) ферменти розташовуються у певній послідовності так, що продукти реакції, що каталізуються одним ферментом, переходять до другого, потім третього тощо. Утворюється конвеєр, який стабілізують поверхневі білки, тому що не дають ферментам плавати вздовж ліпідного бішару.

Клітинна мембрана виконує відмежовуючу (бар'єрну) від довкілля і водночас транспортну функції. Можна сказати, це її найголовніше призначення. Цитоплазматична мембрана, володіючи міцністю та вибірковою проникністю, підтримує сталість внутрішнього складу клітини (її гомеостаз та цілісність).

При цьому транспорт речовин відбувається у різний спосіб. Транспорт по градієнту концентрації передбачає пересування речовин з області з їх більшою концентрацією в область з меншою (дифузія). Так, наприклад, дифундують гази (CO 2 , O 2).

Буває також транспорт проти градієнта концентрації, але із витратою енергії.

Транспорт буває пасивним і полегшеним (коли йому допомагає якийсь переносник
к). Пасивна дифузія через клітинну мембрану можлива для жиророзчинних речовин.

Є спеціальні білки, що роблять мембрани проникними для цукрів та інших водорозчинних речовин. Такі переносники з'єднуються з молекулами, що транспортуються, і протягують їх через мембрану.

3. Функції та будова цитоплазматичної мембрани

Так переноситься глюкоза усередину еритроцитів.

Пронизують білки, об'єднуючись, можуть утворювати пору для переміщення деяких речовин через мембрану. Такі переносники не переміщаються, а утворюють у мембрані канал і працюють аналогічно до ферментів, пов'язуючи певну речовину. Перенесення здійснюється завдяки зміні конформації білка, завдяки чому у мембрані утворюються канали. Приклад – натрій-калієвий насос.

Транспортна функція клітинної мембрани еукаріотів також реалізується за рахунок ендоцитозу (і екзоцитозу).Завдяки цим механізмам у клітину (і з неї) потрапляють великі молекули біополімерів, навіть цілі клітини. Ендо- та екзоцитоз характерні не для всіх клітин еукаріотів (у прокаріотів його взагалі немає). Так ендоцитоз спостерігається у найпростіших і нижчих безхребетних; у ссавців лейкоцити та макрофаги поглинають шкідливі речовинита бактерії, тобто ендоцитоз виконує захисну функцію для організму.

Ендоцитоз поділяється на фагоцитоз(цитоплазма обволікає великі частинки) та піноцитоз(Захоплення крапельок рідини з розчиненими в ній речовинами). Механізм цих процесів приблизно однаковий. Поглинаються на поверхні клітин оточуються мембраною. Утворюється бульбашка (фагоцитарна або піноцитарна), яка потім переміщається всередину клітини.

Екзоцитоз - це виведення цитоплазматичної мембраною речовин із клітини (гормонів, полісахаридів, білків, жирів та ін.). Дані речовини полягають у мембранні бульбашки, які підходять до клітинної мембрани. Обидві мембрани зливаються і вміст виявляється поза клітини.

Цитоплазматична мембрана виконує рецепторну функцію.Для цього на її зовнішній стороні знаходяться структури, здатні розпізнавати хімічний або фізичний подразник. Частина білків, що пронизують плазмалемму, з зовнішнього боку з'єднані з полісахаридними ланцюжками (утворюючи глікопротеїди). Це своєрідні молекулярні рецептори, які вловлюють гормони. Коли конкретний гормон зв'язується зі своїми рецептором, то змінює його структуру. Це своє чергу запускає механізм клітинної відповіді. При цьому можуть відкриватися канали, і клітину можуть почати надходити певні речовини або виводитися з неї.

Рецепторна функція клітинних мембран добре вивчена з урахуванням дії гормону інсуліну. При зв'язуванні інсуліну з рецептором-глікопротеїдом відбувається активація каталітичної внутрішньоклітинної частини цього білка (ферменту аденілатциклази). Фермент синтезує із АТФ циклічну АМФ. Вже вона активує чи пригнічує різні ферменти клітинного метаболізму.

Рецепторна функція цитоплазматичної мембрани також включає розпізнавання однотипних сусідніх клітин. Такі клітини прикріплюються одна до одної різними міжклітинними контактами.

У тканинах за допомогою міжклітинних контактів клітини можуть обмінюватися між собою інформацією за допомогою низькомолекулярних речовин, що спеціально синтезуються. Одним із прикладів подібної взаємодії є контактне гальмування, коли клітини припиняють зростання, отримавши інформацію, що вільний простір зайнятий.

Міжклітинні контакти бувають простими (мембрани різних клітин прилягають один до одного), замковими (вп'ячування мембрани однієї клітини в іншу), десмосоми (коли мембрани з'єднані пучками поперечних волокон, що проникають у цитоплазму). Крім того, є варіант міжклітинних контактів за рахунок медіаторів (посередників) – синапсів. Вони сигнал передається як хімічним, а й електричним способом. Синапсами передаються сигнали між нервовими клітинами, а також від нервових до м'язових.

Клітинна теорія

У 1665 р. Р. Гук, розглядаючи під мікроскопом зріз пробки дерева, виявив порожні осередки, які він назвав "клітинами". Він бачив тільки оболонки рослинних клітин, і тривалий часоболонка вважалася основним структурним компонентом клітини. У 1825 р. Я. Пуркіне описав протоплазму клітин, а 1831 р. Р. Броун — ядро. У 1837 р. М. Шлейден дійшов висновку, що рослинні організми складаються з клітин, і кожна клітина містить ядро.

1.1. Використовуючи дані, що накопичилися до цього часу, Т.

Цитоплазматична мембрана, її функції та будова

Шван у 1839 р. сформулював основні положення клітинної теорії:

1) клітина є основною структурною одиницею рослин та тварин;

2) процес утворення клітин зумовлює зростання, розвиток та диференціювання організмів.

У 1858 р. Р. Вірхов - основоположник патологічної анатомії - доповнив клітинну теорію важливим становищем, що клітина може походити тільки від клітини (Omnis cellula e cellula) внаслідок її поділу. Він встановив, що в основі всіх захворювань лежать зміни структури та функції клітин.

1.2. Сучасна клітинна теорія включає такі положення:

1) клітина - основна структурно-функціональна та генетична одиниця живих організмів, найменша одиниця живого;

2) клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів подібні за будовою, хімічним складом та найважливішим проявам процесів життєдіяльності;

3) кожна нова клітина утворюється в результаті розподілу вихідної (материнської) клітини;

4) клітини багатоклітинних організмів спеціалізовані: вони виконують різні функції та утворюють тканини;

5) клітина є відкритою системоючерез яку проходять і перетворюються потоки речовини, енергії та інформації

Будова та функції цитоплазматичної мембрани

Клітина являє собою відкриту систему саморегулювання, через яку постійно йде потік речовини, енергії та інформації. Ці потоки приймає спеціальний апаратклітини, до якого входять:

1) надмембранний компонент – глікоколікс;

2) елементарна біологічна мембрана чи їх комплекс;

3) підмембранний опорно-скорочувальний комплекс гіалоплазми;

4) анаболічна та катаболічна системи.

Основний компонент цього апарату – елементарна мембрана.

Клітина містить різні типи мембран, але принцип їх будови одина-

У 1972 році С. Сінгером та Г. Ніколсоном була запропонована рідинно-мозаїчна модель будови елементарної мембрани. Згідно з цією моделлю її основу також становить біліпідний шар, але білки по відношенню до цього шару розташовуються по-різному. Частина білкових молекул лежить на поверхні ліпідних шарів (периферичні білки), частина пронизує один шар ліпідів (напівінтегральні білки), а частина пронизує обидва шари ліпідів (інтегральні білки). Ліпідний шар знаходиться в рідкій фазі ("ліпідне море"). На зовнішній поверхні мембран є рецепторний апарат - глікокалікс, утворений розгалуженими молекулами глікопротеїнів, що "пізнає" певні речовини та структури.

2.3. Властивості мембран: 1) пластичність; 2) напівпроникність; 3) здатність самозамикатися.

2.4. Функції мембран: 1) структурна – мембрана як структурний компонент входить до складу більшості органоїдів (мембранний принцип структури органоїдів); 2) бар'єрна та регуляторна - підтримує сталість хімічного складута регулює всі обмінні процеси (реакції обміну речовин протікають на мембранах); 3) захисна; 4) рецепторна.

Загальні відомості про еукаріотичну клітину

Кожна еукаріотична клітина має відокремлене ядро, в якому укладено відмежований від матриксу ядерною мембраною генетичний матеріал (це головна відмінність від прокаріотів). Генетичний матеріал зосереджений переважно у вигляді хромосом, що мають складну будову та складаються з ниток ДНК та білкових молекул. Розподіл клітин відбувається за допомогою мітозу (а для статевих клітин – мейозу). Серед еукаріотів є одноклітинні, так і багатоклітинні організми.

Існує кілька теорій походження еукаріотичних клітин, одна з них – ендосимбіонтична. У гетеротрофну анаеробну клітину проникла аеробна клітина типу бактеріоподібної, яка стала базою для появи мітохондрій. У ці клітини почали проникати спірохетоподібні клітини, які дали початок формуванню центріолей. Спадковий матеріал відгородився від цитоплазми, з'явилося ядро, виник мітоз. У деякі еукаріотичні клітини проникли клітини типу синьо-зелених водоростей, які започаткували появу хлоропластів. Так згодом виникло царство рослин.

Розміри клітин тіла людини варіюються від 2-7 мкм (тромбоцити) до гігантських розмірів (до 140 мкм у яйцеклітини).

Форма клітин обумовлена виконуваною ними функцією: нервові клітини - зірчасті за рахунок великої кількості відростків (аксона і дендритів), м'язові клітини - витягнуті, оскільки повинні скорочуватися, еритроцити можуть змінювати свою форму при просуванні по дрібних капілярах.

Будова еукаріотичних клітин тварин і рослинних організмів багато в чому схожа. Кожна клітина зовні обмежена клітинною оболонкою, або плазмалемою.Вона складається з цитоплазматичної мембрани та шару глікокаліксу(товщиною 10-20 нм), що покриває її зовні. Компоненти глікокаліксу – комплекси полісахаридів з білками (глікопротеїни) та жирами (гліколіпіди).

Цитоплазматична мембрана - це комплекс бислоя фосфоліпідів з протеїнами та полісахаридами.

У клітці виділяють ядро та цитоплазму. Клітинне ядро стоїть з мембрани, ядерного соку, ядерця та хроматину. Ядерна оболонка і двох мембран, розділених перинуклеарным простором, і пронизана порами.

Основу ядерного соку (матрикса) складають білки: нитчасті, мін фібрилярні (опорна функція), глобулярні, гетероядерні РНК та мРНК (результат процесингу).

Ядрішко- це структура, де відбувається утворення та дозрівання рибосомальних РНК (р-РНК).

Хроматину вигляді глибок розсіяний у нуклеоплазмі та є нітерфазною формою існування хромосом.

У цитоплазмі виділяють основну речовину (матрикс, гіалоплазму), органели та включення.

Органели можуть бути загального значення та спеціальні (у клітинах, що виконують специфічні функції: мікроворсинки всмоктуючого епітелію кишечника, міофібрили м'язових клітин тощо).

Органели загального значення - ендоплазматична мережа (гладка та шорстка), комплекс Гольджі, мітохондрії, рибосоми та полісоми, лізосоми, пероксисоми, мікрофібрили та мікротрубочки, центріолі клітинного центру.

У рослинних клітинах ще й хлоропласти, у яких протікає фотосинтез.

Елементарна мембрана складається з бислоя ліпідів у комплексі з білками (глікопротеїни: білки + вуглеводи, ліпопротеїни: жири + білки). Серед ліпідів можна виділити фосфоліпіди, холестерин, гліколіпіди (вуглеводи + жири), ліпопротеїни. Кожна молекула жиру має полярну гідрофільну голівку та неполярний гідрофобний хвіст. При цьому молекули орієнтовані так, що головки звернені назовні та всередину клітини, а неполярні хвости - всередину самої мембрани. Цим досягається вибіркова проникність для речовин, що надходять у клітину.

Виділяють периферичні білки (вони розташовані лише по внутрішній або зовнішній поверхні мембрани), інтегральні (вони міцно вбудовані в мембрану, занурені в неї, здатні змінювати своє становище залежно стану клітини). Функції мембранних білків: рецепторна, структурна (підтримують форму клітини), ферментативна, адгезивна, антигенна, транспортна.

Схема будови елементарної мембрани рідинно-мозаїчна: жири складають рідкокристалічний каркас, а білки мозаїчно вбудовані в нього і можуть змінювати своє становище.

Найважливіша функція: сприяє компартментації – підрозділу вмісту клітини на окремі осередки, що відрізняються деталями хімічного чи ферментного складу. Цим досягається висока впорядкованість внутрішнього вмісту будь-якої еукаріотичної клітини. Компартментація сприяє просторовому поділу процесів, які у клітині. Окремий компартмент (комірка) представлений якоюсь мембранною органелою (наприклад, лізосомою) або її частиною (христами, відмежованим внутрішньою мембраною мітохондрій).

Інші функції:

1) бар'єрна (відмежування внутрішнього вмісту клітини);

2) структурна (надання певної формиклітинам відповідно до виконуваних функцій);

3) захисна (за рахунок виборчої проникності, рецепції та антигенності мембрани);

4) регуляторна (регуляція виборчої проникності для різних речовин(пасивний транспорт без витрати енергії за законами дифузії або осмосу та активний транспорт із витратою енергії шляхом піноцитозу, ендо- та екзоцитозу, роботи натрій-калієвого насоса, фагоцитозу));

5) адгезивна функція (всі клітини пов'язані між собою за допомогою специфічних контактів (щільних та нещільних));

6) рецепторна (за рахунок роботи периферичних білків мембрани). Існують неспецифічні рецептори, які сприймають кілька подразників (наприклад, холодові та теплові терморецептори), та специфічні, які сприймають лише один подразник (рецептори світлосприймаючої системи ока);

7) електрогенна (зміна електричного потенціалу поверхні клітини за рахунок перерозподілу іонів калію та натрію (мембранний потенціал нервових клітин становить 90 мВ));

8) антигенна: пов'язана з глікопротеїнами та полісахаридами мембрани. На поверхні кожної клітини є білкові молекули, які специфічні лише даного виду клітин. З їх допомогою імунна система здатна розрізняти свої та чужі клітини.

Основу Плазмалеми, як і інших мембран у клітинах (наприклад, мітохондрій, пластид і т. д.), становить шар ліпідів, що має два ряди молекул (рис. 1). Оскільки молекули ліпідів полярні (один полюс вони гідрофілен, т. е. притягується водою, а інший гидрофобен, т. е. відштовхується від води), те й розташовуються вони у порядку. Гідрофільні кінці молекул одного шару направлені у бік водного середовища - у цитоплазму клітини, а іншого шару - назовні від клітини - у бік міжклітинної речовини (у багатоклітинних) або водного середовища (у одноклітинних).

Рис. 1. Будова клітинної мембрани відповідно до рідинно-Мозаїчна модель. Білки та глікопротеїни занурені у подвійнийшар ліпідних молекул, звернених своїми гідрофільнимикінцями (кружки) назовні, а гідрофобними ( хвилясті лінії) - углиб мембрани

Виділяють периферичні білки (вони розташовані лише по внутрішній або зовнішній поверхні мембрани), інтегральні (вони міцно вбудовані в мембрану, занурені в неї, здатні змінювати своє положення залежно від стану клітини). Функції мембранних білків: рецепторна, структурна(Підтримують форму клітини), ферментативна, адгезивна, антигенна, транспортна.

Молекули білків мозаїчно вбудовані в бімолекулярний шар ліпідів. З зовнішньої сторони тваринної клітини до ліпідів та молекул білків плазмалеми приєднуються молекули полісахаридів, утворюючи гліколіпіди та глікопротеїни.

Ця сукупність формує шар глікоколіксу. З ним пов'язана рецепторна функція плазмалеми (див. нижче); також у ньому можуть накопичуватися різні речовини, що використовуються клітиною. Крім того, глікоколікс посилює механічну стійкість плазмалеми.

У клітинах рослин та грибів є ще клітинна стінка, що грає опорну та захисну роль. У рослин вона складається з целюлози, а у грибів – з хітину.

Найважливіша функція мембрани: сприяє компартментації - підрозділення вмісту клітини на окремі осередки, що відрізняються деталями хімічного або ферментного складу. Цим досягається висока впорядкованість внутрішнього вмісту будь-якої еукаріотичної клітини. Компартментація сприяє просторовому поділу процесів, що протікають у кліткуке. Окремий компартмент (комірка) представлений якоюсь мембранною органелою (наприклад, лізосомою) або її частиною (Кристами, відмежованим внутрішньою мембраною мітохондрій).

Інші функції:

1) бар'єрна (відмежування внутрішнього вмісту клітини);

2) структурна (надання певної форми клітин у совідповідності з виконуваними функціями);

3) захисна (за рахунок виборчої проникності, рецепціїта антигенності мембрани);

4) регуляторна (регуляція виборчої проникності для різних речовин (пасивний транспорт без витрати енергії за законами дифузії або осмосу та активний транспорт з витратою енергії шляхом піноцитозу, ендо- та екзоцитозу, роботи натрій-калієвого насоса, фагоцитозу)). Шляхом фагоцитозу поглинаються цілі клітини чи великі частки (наприклад, згадайте харчування у амеб чи фагоцитоз захисними клітинами крові бактерій). При піноцитозі відбувається поглинання дрібних частинок чи крапельок рідкої речовини. Загальним для обох процесів є те, що поглинаються речовини оточуються зовнішньою мембраною, що вп'ячується, з утворенням вакуолі, яка потім переміщається в глиб цитоплазми клітини. Екзоцитоз є процес (будучи також активним транспортом), протилежний за напрямом фагоцитозу і піноцитозу (рис.13). З його допомогою можуть виводитись неперетравлені залишки їжі у найпростіших або утворені в секреторній клітині біологічно активні речовини.

Будова клітини

Сучасне визначення клітини таке: клітина - це відкрита, обмежена активною мембраною, структурована система біополімерів (білків та нуклеїнових кислот) та їх макромолекулярних комплексів, що беруть участь у єдиній сукупності метаболічних та енергетичних процесів, що здійснюють підтримку та відтворення всієї системи в цілому.

Є й інше визначення клітки. Клітина - це виникла в результаті еволюції, відкрита біологічна система, обмежена напівпроникною мембраною, що складається з ядра та цитоплазми, здатна до саморегуляції та самовідтворення.

Як бачимо з визначень, пристрій клітини досить складно. Крім того, говорячи про клітини, ми можемо мати на увазі клітини різних організмів, тканин органів. Таким чином, кожен різновид клітин має свої неповторні особливості. Давайте постараємося вибрати з цієї різноманітності ті риси та особливості, які поєднують клітини різних типів. Ідеальна клітина складається із трьох частин: клітинної мембрани, ядра, цитоплазми з органоїдами та органелами.

Цитоплазматична мембрана (ЦПМ)

Будова мембрани багато в чому залишається загадковою. Існували кілька теорій щодо будови ПМ. Ще в 30-х роках ХХ століття було висунуто гіпотезу, названу на ім'я її авторів моделлю Давсона – Данеелі(Модель сендвіча або бутербродна модель). За цією моделлю в основі мембрани лежить подвійний гідрофобний шар жирів. Цей шар оточений двома шарами білків.

Однак до початку 70-х років XX століття накопичилися дані, що суперечать цій гіпотезі. В результаті було висунуто модель, що отримала назву моделі Сінгера - Ніколсона. Це модель динамічної мембрани. В основі цієї моделі все той же подвійний шар жирів, але білки, згідно цієї моделі рухливі острови в морі жирів.

Клітинна (або плазматична) мембрана є тонкою, гнучкою і еластичною структурою товщиною всього 7,5-10 нм. Вона складається в основному з білків та ліпідів. Приблизне співвідношення її компонентів таке: білки – 55%, фосфоліпіди – 25%, холестерол – 13%, інші ліпіди – 4%, вуглеводи – 3%.

Ліпідний шар клітинної мембрани перешкоджає проникненню води. Основу мембрани складає ліпідний бішар- тонка ліпідна плівка, що складається з двох моношарів і повністю покриває клітину. По всій мембрані розташовуються білки як великих глобул.

Ліпідний бішар складається головним чином з молекул фосфоліпідів. Один кінець такої молекули є гідрофільним, тобто. розчинним у воді (у ньому розташована фосфатна група), інший - гидрофобным, тобто. розчинним лише у жирах (на ньому знаходиться жирна кислота).

Завдяки тому, що гідрофобна частина молекули фосфоліпіду відштовхує воду, але притягується до подібних частин таких же молекул, фосфоліпіди мають природна властивістьприкріплюватися один до одного в товщі мембрани. Гідрофільна частина з фосфатною групою утворює дві мембранні поверхні: зовнішню, яка контактує із позаклітинною рідиною, та внутрішню, яка контактує із внутрішньоклітинною рідиною.

Середина ліпідного шару непроникна для іонів та водних розчинів глюкози та сечовини. Жиророзчинні речовини, включаючи кисень, вуглекислий газ, алкоголь, навпаки, легко проникають через область мембрани.

Молекули холестеролу, що входить до складу мембрани, за природою також відносяться до ліпідів, оскільки їх стероїдна угруповання має високу розчинність у жирах. Ці молекули розчинені в ліпідному бішарі. Їхнє головне призначення - регуляція проникності (або непроникності) мембран для водорозчинних компонентів рідких середовищ організму. Крім того, холестерол – основний регулятор в'язкості мембрани.

Білки клітинних мембран.На малюнку в ліпідному бісла видно глобулярні частинки - це мембранні білки, більшість яких є глікопротеїнами. Розрізняють два типи мембранних білків: (1) інтегральні, які пронизують мембрану наскрізь; (2) периферичні, які виступають лише над однією її поверхнею, не досягаючи іншою.

Багато інтегральних білків формують канали (або пори), через які у внутрішньо- та позаклітинну рідину можуть дифундувати вода та водорозчинні речовини, особливо іони. Завдяки вибірковості дії каналів одні речовини дифундують краще за інші.

Інші інтегральні білки функціонують як білки-переносники, здійснюючи транспорт речовин, для яких ліпідний бислой непроникний. Іноді білки-переносники діють у протилежному напрямку дифузії, такий транспорт називають активним. Деякі інтегральні білки є ферментами.

Інтегральні білки мембрани можуть бути рецепторами для водорозчинних речовин, включаючи пептидні гормони, оскільки мембрана для них непроникна. Таким чином, інтегральні білки, вбудовані в клітинну мембрану, залучають її в процес передачі інформації про довкілля всередину клітини.

Плазматична мембрана, чи плазмалема, обмежує клітину зовні, виконуючи роль механічного бар'єру. Через неї відбувається транспорт речовин усередину клітини та назовні. Мембрана має властивість вибіркової проникності. Молекули проходять через неї з різною швидкістю: чим більший розмір молекул, тим менша швидкість проходження їх через мембрану.

На зовнішній поверхні плазматичної мембрани у тваринній клітині білкові та ліпідні молекули пов'язані з вуглеводними ланцюгами, утворюючи глікокалікс. Вуглеводні ланцюги виконують роль рецепторів. Завдяки їм здійснюється міжклітинне впізнавання. Клітина набуває здатності специфічно реагувати на дії ззовні.

Під плазматичною мембраною з боку цитоплазми є кортикальний шар та внутрішньоклітинні фібрилярні структури, що забезпечують механічну стійкість плазматичної мембрани.

У рослинних клітин назовні від мембрани розташована щільна структура - клітинна оболонка або клітинна стінка, що складається з полісахаридів (целюлози)

Схема будови клітинної стінки рослин. О - серединна пластинка, / - первинна оболонка (два шари по обидва боки від 0), 2 - шари вторинної оболонки, 3 - третинна оболонка, ПМ -
плазматична мембрана, В – вакуоль, Я – ядро.

Компоненти клітинної стінки синтезуються клітиною, виділяються з цитоплазми та збираються поза клітиною, поблизу плазматичної мембрани, утворюючи складні комплекси. Клітинна стінка рослин виконує захисну функцію, утворює зовнішній каркас, забезпечує тургорні властивості клітин. Наявність клітинної стінки регулює надходження води у клітину. Внаслідок цього виникає внутрішній тиск, тургор, що перешкоджає подальшому надходженню води.