Шаблон: Campus Клітинна (плазматична) мембрана - це напівпроникний бар'єр, що відокремлює цитоплазму клітин від навколишнього середовища. В даний час в біології прийнята за основу рідинно-мозаїчна модель мембрани, запропонована в 70-і роки XX століття Дж. Сінгером і Г. Нікольсон.
Ця модель базується на кількох основних принципах:
1. Мембрана складається з подвійного шару ліпідних молекул. Гідрофільні, полярні частини молекул (головки) розташовуються зовні мембрани, гідрофобні, неполярні частини (хвостові) - всередині.
2. В ліпідний бішар мозаїчно вбудовані мембранні білки. Одні з них проходять через мембрану наскрізь (їх називають - інтегральними), інші розташовуються на зовнішній або внутрішній поверхні мембрани (їх називають - периферичними).
3. Ліпідна основа мембрани має властивості рідини (типу рідкого масла) і може змінювати свою щільність. В'язкість мембрани залежить від складу ліпідів і температури. У зв'язку з цим, мембранні білки і самі ліпіди можуть вільно рухатися по мембрані і всередині її. Це дуже важлива властивість мембрани, яке забезпечує виконання мембраною безлічі функцій (див. Нижче)
4. Мембрани більшості внутрішньоклітинних мембранних органоїдів мають принципове схожість з мембраною.
5. Незважаючи на спільність будови мембран всіх клітин, склад білків та ліпідів в кожному виді клітин і всередині клітини різний. Різний також склад зовнішнього і внутрішнього ліпідних шарів.
Мембрана виконує в клітині цілий комплекс функцій, пов'язаний з підтримкою цілісності клітини, забезпеченням обміну речовин і енергії між клітиною і навколишнім середовищем і взаємодією з іншими клітинами.
транспортна функція
Плазматична мембрана має властивості напівпроникного бар'єру, який пропускає і не пропускає тільки певні речовини і молекули. Виділяють кілька різновидів транспорту через мембрану: пасивний транспорт, активний транспорт, іонний транспорт, транспорт в мембранної упаковці (ендо- та екзоцитоз).
Пасивний транспорт - це транспорт через мембрану речовин із зони високої концентрації в зону низької концентрації. Він здійснюється в двох формах: у формі простої дифузії і в формі «полегшеної» дифузії. Обидва ці процеси не потребують енергії, йдуть відносно повільно і зупиняються, коли концентрація речовин по обидві сторони мембрани зрівняється. Швидкість дифузії і сама можливість транспорту речовин через мембрану залежить (крім концентрації) від ряду факторів: температури, розміру молекул, здатності розчинятися в ліпідах. Жиророзчинні речовини проходять через ліпідні шари легко, водорозчинні - насилу. У мембрані існують спеціальні ліпідні і білкові «пори», через які і проходить дифузія. Проста дифузія відносно повільний процес і природа пристосувала для прискорення транспорту спеціальні мембранні білки - переносники. Вони з'єднуються з транспортуються речовиною і переносять його з одного боку мембрани на іншу. Для кожної групи речовин в мембрані повинні бути свої переносники. Такий процес і називається «полегшена дифузія», протікаючи в десятки разів швидше простої дифузії.
Іонний транспорт - це різновид пасивного транспорту для заряджених іонів, але має свої особливості. Білки в цитоплазмі клітини несуть на своїй поверхні, як правило, негативний заряд, створюючи певний електричний фон в клітці. Якщо в клітку направляються потоки позитивних (катіони) або негативних (аніони) іонів, то позитивних іонів увійде більше, оскільки частина катіонів буде зв'язуватися білками цитоплазми, нейтралізуватися і створювати додаткову різницю концентрацій різнозаряджені іонів всередині і зовні клітини. Для транспорту іонів в мембрані є або спеціальні іонні пори, або переносники.
Активний транспорт - найбільш важлива форма транспорту для клітини. Дифузія, якщо вона триває досить довго, призводить до того, що по обидва боки мембрани встановлюється рівновага, що неприпустимо для клітини - це для неї смерть. Склад цитоплазми і міжклітинної рідини сильно розрізняються. Тому в клітці існує система «активного транспорту». В цьому випадку транспорт молекул здійснюється проти градієнта концентрації (із зони низької концентрації в зону високої). Для цього існують спеціальні білкові мембранні комплекси (іонні і молекулярні канали), які працюють з витратою енергії. До 40% всієї енергії, що виробляється кліткою, йде на транспортні витрати!
Транспорт в мембранної упаковці (ендо - і екзоцитоз). У багатьох випадках клітина повинна транспортувати через мембрану не окремі молекули або іони, а цілі молекулярні комплекси і навіть частки. Вони через мембранні пори не проходять. У зв'язку з цим, в клітці існує спеціальний різновид транспорту - транспорт в мембранної упаковці. В одних випадках відбувається випинання зовнішньої плазматичної мембрани, яка охоплює чужорідну частку (наприклад: частку їжі або бактерію), замикання її в мембранне кільце і занурення вглиб цитоплазми клітини. Такий процес був відкритий знаменитим українським вченим, лауреатом Нобелівської премії І.І.Мечниковим і названий фагоцитозу. Це явище було виявлено при вивченні захисних властивостей клітин крові, які захоплювали бактерії і нейтралізували їх. Більш дрібні частинки і крапельки рідини клітина захоплює шляхом освіти впячіваній мембрани - цей процес отримав найменування пиноцитоз (грец. Pinos- рідина).
Насправді фагоцитоз і піноцитозу - це різновиди загального явища, характерного для більшості клітин - ендоцитозу. Процес зворотний ендоцитозу - виведення з клітин будь-яких речовин і продуктів отримав назву екзоцитозу. На базі мембранного транспорту побудований весь процес виділення і поглинання секретів і гормонів клітинами. Важливо підкреслити, що ендо- та екзоцитоз є енерговитратними процесами і, таким чином, відносяться до різновидів активного транспорту.
Рецепторная функція мембрани
Принципи роботи мембранних рецепторів.
Клітка постійно отримує сигнали із зовнішнього середовища про наявність там різноманітних сигнальних молекул і повинна адекватно відповідати на ці сигнали, передаючи інформацію від них всередину клітини. Для цього в плазматичній мембрані вбудовані спеціальні рецепторні комплекси. Як правило, це складні утворення з декількох білкових молекул (до складу рецепторів можуть входити також мембранні ліпіди і вуглеводи).
Всі різноманітні рецептори клітинних мембран мають ряд загальних особливостей:
1. Рецептори специфічні - тобто зв'язуються тільки з певними речовинами. Специфічність рецептора визначається структурою «активного центру» в його молекулі і можливістю інших молекул зв'язуватися з цим активним центром.
2. Процес рецепції і передачі сигналу на мембрану або вглиб клітини проходить зі значною витратою енергії.
3. За принципом роботи всі рецептори можна розділити на три групи: рецептори прямої дії; рецептори непрямої дії і каталітичні рецептори. У першому випадку молекула зв'язується з рецепторной частиною комплексу і передає сигнал безпосередньо на іонний канал. У другому варіанті рецепторная частина комплексу передає сигнал на іонний канал в мембрані або вглиб клітини через систему допоміжних білків, званих «вторинними посередниками». При третьому варіанті рецепторная частина комплексу після взаємодії з сигнальної молекулою активується і виконує функції ферменту, впливаючи, таким чином, на роботу клітини.
Ізолююча функція мембрани. міжклітинні контакти
У багатоклітинних організмі клітини знаходяться в постійному контакті один з одним, який іноді набуває рис тісної взаємодії. Особливо це проявляється в тканинах, які межують із зовнішнім середовищем (покриви, кишечник, дихальні шляхи) або де виникає необхідність тісного контакту клітин для узгодженої роботи (гладкі і серцеві м'язи, нервові клітини і волокна).
Зустрічаються чотири різновиди міжклітинних контактів: ізолюючі контакти (tigth junction), щільні контакти (gap junction), десмосоми (desmosome) і адгезійні контакти (adhesion junction).
Ізолюючі контакти виправдовують свою назву - білкові комплекси в мембранах сусідніх клітин з'єднуються таким чином, що через цей контакт не проходять жодні молекули і іони. Щільні контакти пропускають дрібні молекули, іони і через них може відбуватися обмін між клітинами. Зокрема, щільні контакти пристосовані нервовими і м'язовими клітинами для передачі електричних сигналів. Десмосоми призначені для скріплення групи клітин один з одним або з будь-яким іншим субстратом.
Вони можуть швидко зникати і знову утворюватися. Адгезійні контакти також призначені для прикріплення клітин один до одного. Вони більш лабільні і можуть швидко утворюватися і зникати в міру необхідності.