Має товщину 8-12 нм, тому розглянути в світловий мікроскоп неможливо. Будова мембрани вивчають з допомогою електронного мікроскопа.
Плазматична мембрана утворена двома шарами ліпідів – біліпідним шаром, або бислоем. Кожна молекула складається з гідрофільної голівки та гідрофобного хвоста, причому в біологічних мембранах ліпіди розташовані назовні головками, хвостами всередину.
У біліпідний шар занурені численні молекули білків. Одні з них знаходяться на поверхні мембрани (зовнішньої чи внутрішньої), інші пронизують мембрану.
Функції плазматичної мембрани
Мембрана захищає вміст клітин від пошкоджень, підтримує форму клітини, вибірково пропускає необхідні речовини всередину клітини і виводить продукти обміну, а також забезпечує зв'язок клітин між собою.
Бар'єрну, відмежувальну функцію мембрани забезпечує подвійний шар ліпідів. Він не дає вмісту клітини розтікатися, змішуватися з навколишнім середовищем або міжклітинною рідиною і перешкоджає проникненню в клітину небезпечних речовин.
Ряд найважливіших функцій цитоплазматичної мембрани здійснюється за рахунок занурених до неї білків. За допомогою білків-рецепторів може приймати різні подразнення на свою поверхню. Транспортні білки утворюють найтонші канали, якими всередину клітини і з неї проходять іони калію, кальцію та інші іони малого діаметра. Білки-ферменти забезпечують процеси життєдіяльності у самій клітині.
Великі харчові частинки, які не здатні пройти через тонкі мембранні канали, потрапляють усередину клітини шляхом фагоцитозу або піноцитозу. Загальна назва цих процесів – ендоцитоз.
Як відбувається ендоцитоз - проникнення великих харчових частинок у клітину
Харчова частка стикається із зовнішньою мембраною клітини, і в цьому місці утворюється вп'ячування. Потім частка, оточена мембраною, потрапляє всередину клітини, утворюється травна вакуоль, і всередину пухирця, що утворився, проникають травні ферменти.
Лейкоцити крові, здатні захоплювати та перетравлювати чужорідні бактерії, називаються фагоцитами.
У разі піноцитозу вп'ячування мембрани захоплюються не тверді частинки, а крапельки рідини з розчиненими в ній речовинами. Цей механізм є одним із основних шляхів проникнення речовин у клітину.
Клітини рослин, покриті поверх мембрани твердим шаром клітинної стінки, не здатні до фагоцитозу.
Процес, зворотний до ендоцитозу, – екзоцитоз. Синтезовані у клітині речовини (наприклад, гормони) упаковуються в мембранні бульбашки, підходять до мембрани, вбудовуються у ній, і вміст бульбашки викидається з клітини. Таким чином, клітина може позбавлятися і від непотрібних продуктів обміну.
Біологічні мембрани- загальна назва функціонально активних поверхневих структур, що обмежують клітини (клітинні, або плазматичні мембрани) та внутрішньоклітинні органели (мембрани мітохондрій, ядер, лізосом, ендоплазматичного ретикулуму та ін.). Вони містять у своєму складі ліпіди, білки, гетерогенні молекули (глікопротеїни, гліколіпіди) та залежно від виконуваної функції численні мінорні компоненти: коферменти, нуклеїнові кислоти, антиоксиданти, каротиноїди, неорганічні іони тощо.
Узгоджене функціонування мембранних систем – рецепторів, ферментів, транспортних механізмів – допомагає підтримувати гомеостаз клітини та водночас швидко реагувати зміни зовнішнього середовища.
До основним функціям біологічних мембран можна віднести:
· Відділення клітини від навколишнього середовища та формування внутрішньоклітинних компартментів (відсіків);
· Контроль та регулювання транспорту великого різноманіття речовин через мембрани;
· Участь у забезпеченні міжклітинних взаємодій, передачі всередину клітини сигналів;
· Перетворення енергії харчових органічних речовин в енергію хімічних зв'язків молекул АТФ.
Молекулярна організація плазматичної (клітинної) мембрани у всіх клітин приблизно однакова: вона складається з двох шарів ліпідних молекул із безліччю включених до неї специфічних білків. Одні мембранні білки мають ферментативну активність, тоді як інші пов'язують поживні речовини з навколишнього середовища і забезпечують їх перенесення в клітину через мембрани. Мембранні білки розрізняють характером зв'язку з мембранними структурами. Одні білки, звані зовнішніми або периферичними , неміцно пов'язані з поверхнею мембрани, інші, звані внутрішніми чи інтегральними , занурені всередину мембрани Периферичні білки легко екстрагуються, тоді як інтегральні білки можуть бути виділені лише за допомогою детергенів або органічних розчинників. На рис. 4 представлена структура плазматичної мембрани.
Зовнішні, або плазматичні, мембрани багатьох клітин, а також мембрани внутрішньоклітинних органел, наприклад, мітохондрій, хлоропластів вдалося виділити у вільному вигляді та вивчити їхній молекулярний склад. У всіх мембранах є полярні ліпіди у кількості, що становить залежно від типу мембран від 20 до 80% її маси, решта припадає головним чином частку білків. Так, у плазматичних мембранах тварин клітин кількість білків та ліпідів, як правило, приблизно однакова; у внутрішній мітохондріальній мембрані міститься близько 80% білків і лише 20% ліпідів, а в мієлінових мембранах клітин мозку навпаки, близько 80% ліпідів і лише 20% білків.
Рис. 4. Структура плазматичної мембрани
Ліпідна частина мембран є сумішшю різного роду полярних ліпідів. Полярні ліпіди, до яких відносяться фосфогліцероліпіди, сфінголіпіди, гліколіпіди не запасаються в жирових клітинах, а вбудовуються в клітинні мембрани, причому в строго певних співвідношеннях.
Усі полярні ліпіди в мембранах постійно оновлюються у процесі метаболізму, за нормальних умов у клітині встановлюється динамічний стаціонарний стан, у якому швидкість синтезу ліпідів дорівнює швидкості їх розпаду.
У мембранах тваринних клітин присутні переважно фосфоглицеролипиды й у меншою мірою сфінголіпіди; триацилгліцероли виявляються лише у слідових кількостях. Деякі мембрани тваринних клітин, особливо зовнішня плазматична мембрана, містить значні кількості холестеролу та його ефірів (рис.5).
Рис.5. Мембранні ліпіди
В даний час загальноприйнятою моделлю будови мембран є рідинно-мозаїчна, запропонована в 1972 С. Сінджером і Дж. Ніколсоном.
Згідно з нею білки можна уподібнити айсбергам, що плавають у ліпідному морі. Як уже зазначалося вище, існують 2 типи мембранних білків: інтегральні та периферичні. Інтегральні білки пронизують мембрану наскрізь, вони є амфіпатичними молекулами. Периферичні білки не пронизують мембрану та пов'язані з нею менш міцно. Основною безперервною частиною мембрани, тобто її матриксом, є полярний ліпідний бислой. При звичайній для клітини температурі матрикс знаходиться в рідкому стані, що забезпечується певним співвідношенням між насиченими та ненасиченими жирними кислотами у гідрофобних хвостах полярних ліпідів.
Рідинно-мозаїчна модель передбачає також, що на поверхні розташованих у мембрані інтегральних білків є R-групи амінокислотних залишків (в основному гідрофобні групи, за рахунок яких білки як би «розчиняються» в центральній гідрофобній частині бісла). У той же час, на поверхні периферичних або зовнішніх білків є в основному гідрофільні R-групи, які притягуються до гідрофільних заряджених полярних головок ліпідів за рахунок електростатичних сил. Інтегральні білки, а до них відносяться ферменти і транспортні білки, мають активність тільки в тому випадку, якщо знаходяться всередині гідрофобної частини бислоя, де вони набувають необхідної прояви активності просторову конфігурацію (рис.6). Слід ще раз підкреслити, що між молекулами в бислое, ні між білками і ліпідами бислоя не утворюється ковалентних зв'язків.
Рис.6. Мембранні білки
Мембранні білки можуть вільно переміщатися у латеріальній площині. Периферичні білки буквально плавають на поверхні бислойного «моря», а інтегральні білки, подібно до айсбергів, майже повністю занурені у вуглеводневий шар.
Здебільшого мембрани асиметричні, тобто мають нерівноцінні сторони. Ця асиметричність проявляється в наступному:
· По-перше, у тому, що внутрішня та зовнішня сторони плазматичних мембран бактеріальних та тваринних клітин різняться за складом полярних ліпідів. Так, наприклад, внутрішній ліпідний шар мембран еритроцитів людини містить в основному фосфатиділетаноламін і фосфатидилсерін, а зовнішній - фосфатидилхолін і сфінгомієлін.
· по-друге, деякі транспортні системи у мембранах діють лише в одному напрямку. Наприклад, в мембранах еритроцитів є транспортна система («насос»), що перекачує іони Nа + з клітини в навколишнє середовище, а іони К + - внутрішньо клітини за рахунок енергії, що звільняється при гідролізі АТФ.
· по-третє, на зовнішній поверхні плазматичних мембран міститься дуже велика кількість олігосахаридних угруповань, що являють собою головки гліколіпідів та олігосахаридні бічні ланцюги глікопротеїнів, тоді як на внутрішній поверхні плазматичної мембрани олігосахаридних угруповань практично немає.
Асиметричність біологічних мембрам зберігається за рахунок того, що перенесення індивідуальних молекул фосфоліпідів з одного боку ліпідного бісла на іншу дуже утруднене з енергетичних міркувань. Полярна молекула ліпіду здатна вільно переміщатися на своїй стороні бислоя, але обмежена можливості перескочити на інший бік.
Рухливість ліпідів залежить від відносного вмісту та типу присутніх ненасичених жирних кислот. Вуглеводнева природа жирнокислотних ланцюгів повідомляє мембрані властивості плинності, рухливості. У присутності цис-ненасичених жирних кислот сили зчеплення між ланцюгами слабші, ніж у разі одних насичених жирних кислот, і ліпіди зберігають високу рухливість і за низької температури.
На зовнішній стороні мембран є специфічні ділянки, що розпізнають, функція яких полягає в розпізнаванні певних молекулярних сигналів. Наприклад, саме за допомогою мембрани деякі бактерії сприймають незначні зміни концентрації поживної речовини, що стимулює рух до джерела їжі; це явище зветься хемотаксису.
Мембрани різних клітин і внутрішньоклітинних органел мають певну специфічність, обумовлену їх будовою, хімічним складом і функціями. Виділяють такі основні групи мембран у еукаріотичних організмів:
· Плазматична мембрана (зовнішня клітинна мембрана, плазмалема),
· Ядерна мембрана,
· ендоплазматичний ретикулум,
· мембрани апарату Гольджі, мітохондрій, хлорпластів, мієлінових оболонок,
· Збудливі мембрани.
У прокаріотичних організмів крім плазматичної мембрани існують внутрішньоцитоплазматичні мембранні утворення, у гетеротрофних прокаріотів вони називаються мезосоми.Останні утворюються вп'ячування внут зовнішньої клітинної мембрани і в деяких випадках зберігають з нею зв'язок.
Мембрана еритроцитівскладається з білків (50%), ліпідів (40%) та вуглеводів (10%). Більшість вуглеводів (93%) пов'язані з білками, решта – з ліпідами. У мембрані ліпіди розташовані асиметрично на відміну симетричного розташування в міцелах. Наприклад, кефалін знаходиться переважно у внутрішньому шарі ліпідів. Така асиметрія підтримується, мабуть, за рахунок поперечного переміщення фосфоліпідів у мембрані, що здійснюється за допомогою мембранних білків та за рахунок енергії метаболізму. У внутрішньому шарі еритроцитарної мембрани знаходяться в основному сфінгомієлін, фосфатиділетаноламін, фосфатидилсерін, у зовнішньому шарі – фосфатидилхолін. Мембрана еритроцитів містить інтегральний глікопротеїн глікофорин, Що складається з 131 амінокислотного залишку і пронизує мембрану, так званий білок смуги 3, що складається з 900 амінокислотних залишків. Вуглеводні компоненти глікофорину виконують рецепторну функцію для вірусів грипу, фітогемагглютинінів, низки гормонів. В еритроцитарній мембрані виявлено й інший інтегральний білок, що містить мало вуглеводів і пронизує мембрану. Його називають тунельним білком(компонент а), оскільки припускають, що він утворює канал для аніонів. Периферичним білком, пов'язаним із внутрішньою стороною еритроцитарної мембрани, є спектрин.
Мієлінові мембрани , оточуючі аксони нейронів, багатошарові, у яких є велика кількість ліпідів (близько 80%, половина їх – фосфоліпідів). Білки цих мембран важливі для фіксації мембранних сольів, що лежать один над одним.
Мембрани хлоропластів. Хлоропласти покриті двошаровою мембраною. Зовнішня мембрана має деяку подібність до такої у мітохондрій. Крім цієї поверхневої мембрани в хлоропластах є внутрішня мембранна система. ламели. Ламели утворюють або сплощені бульбашки – тилакоїди, які, розташовуючись один над одним, збираються в пачки (грани) або утворюють мембранну систему строми (ламели строми). Ламели гран і строми зовнішньому боці мембрани тилакоїдів зосереджені гідрофільні угруповання, галакто- та сульфоліпідів. Фітольна частина молекули хлорофілу занурена в глобулу і знаходиться в контакті з гідрофобними групами білків та ліпідів. Порфіринові ядра хлорофілу в основному локалізовані між дотичними мембранами тилакоїдів гран.
Внутрішня (цитоплазматична) мембрана бактерійза структурою схожа з внутрішніми мембранами хлоропластів та мітохондрій. У ньому локалізовані ферменти дихального ланцюга, активного транспорту; ферменти, що у освіті компонентів мембрани. Переважним компонентом бактеріальних мембран є білки: співвідношення білок/ліпід (за масою) дорівнює 3:1. Зовнішня мембрана грамнегативних бактерій у порівнянні з цитоплазматичною містить меншу кількість різних фосфоліпідів та білків. Обидві мембрани розрізняються за ліпідним складом. У зовнішній мембрані знаходяться білки, що утворюють пори для проникнення багатьох низькомолекулярних речовин. Характерним компонентом зовнішньої мембрани є також специфічний ліпополісахарид. Ряд білків зовнішньої мембрани є рецепторами для фагів.
Мембрана вірусів.Серед вірусів мембранні структури характерні для нуклеокапсид, що містять, який складається з білка і нуклеїнової кислоти. Це «ядро» вірусів оточене мембраною (оболонка). Вона також складається з подвійного шару ліпідів із включеними до нього глікопротеїнами, розташованими в основному на поверхні мембрани. У ряду вірусів (мікровіруси) в мембрани входить 70-80% всіх білків, решта білків міститься в нуклеокапсиді.
Таким чином, мембрани клітин є дуже складними структурами; складові молекулярні комплекси утворюють упорядковану двовимірну мозаїку, що надає поверхні мембран біологічну специфічність.
Таблиця №2
Запитання 1 (8)
Клітинна мембрана(або цитолема, або плазмалема, або плазматична мембрана) відокремлює вміст будь-якої клітини від зовнішнього середовища, забезпечуючи цілісність; регулює обмін між клітиною та середовищем; внутрішньоклітинні мембрани поділяють клітину на спеціалізовані замкнені відсіки - компартменти чи органели, у яких підтримуються певні умови середовища.
Функції клітинної чи плазматичної мембрани
Мембрана забезпечує:
1) Виборче проникнення в клітину та з неї молекул та іонів, необхідних для виконання специфічних функцій клітин;
2) Виборчий транспорт іонів через мембрану підтримуючи трансмембранну різницю електричного потенціалу;
3) Специфіку міжклітинних контактів.
Завдяки наявності у мембрані численних рецепторів, що сприймають хімічні сигнали – гормони, медіатори та інші біологічно активні речовини, вона здатна змінювати метаболічну активність клітини. Мембрани забезпечують специфіку імунних проявів завдяки наявності на них антигенів - структур, що викликають утворення антитіл, здатних специфічно зв'язуватися з цими антигенами.
Ядро та органели клітини також відокремлені від цитоплазми мембранами, які попереджають вільний рух води та розчинених у ній речовин із цитоплазми в них і навпаки. Це створює умови для поділу біохімічних процесів, що протікають у різних відсіках (компартментах) усередині клітини.
Структура мембрани клітини
Мембрана клітини- еластична структура, завтовшки від 7 до 11 нм (рис.1.1). Вона складається в основному з ліпідів та білків. Від 40 до 90% всіх ліпідів становлять фосфоліпіди - фосфатидилхолін, фосфатиділетаноламін, фосфатидилсерін, сфінгомієлін і фосфатидилінозіт. Важливим компонентом мембрани є гліколіпіди, представлені церебрізидами, сульфатидами, гангліозидами та холестерином.
Основною структурою мембрани клітиниє подвійний шар фосфоліпідних молекул. За рахунок гідрофобних взаємодій вуглеводні ланцюжки ліпідних молекул утримуються один біля одного у витягнутому стані. Групи фосфоліпідних молекул обох шарів взаємно діють з білковими молекулами, зануреними в ліпідну мембрану. Завдяки тому, що більшість ліпідних компонентів бислоя знаходиться в рідкому стані, мембрана має рухливість, здійснює хвилеподібні рухи. Її ділянки, а також білки, занурені в ліпідний бішар, перемішуються з однієї частини до іншої. Рухливість (плинність) мембран клітин полегшує процеси транспортування речовин через мембрану.
Білки мембрани клітинпредставлені, переважно, глікопротеїнами.
Розрізняють
інтегральні білки, що проникають через всю товщу мембрани та
периферичні білкиПрикріплені тільки до поверхні мембрани, в основному до внутрішньої її частини.
Периферичні білкиБагато функціонують як ензими (ацетилхолінестераза, кисла і лужна фосфатази та інших.). Але деякі ензими також представлені інтегральними білками – АТФ-аза.
Інтегральні білкизабезпечують селективний обмін іонів через канали мембран між екстрацелюлярною та інтрацелюлярною рідиною, а також діють як білки – переносники великих молекул.
Рецептори та антигени мембрани можуть бути представлені як інтегральними, так і периферичними білками.
Білки, що примикають до мембрани з цитоплазматичної сторони, відносяться до цитоскелету клітини. Вони можуть прикріплюватися до мембранних білків.
Так, білок смуги 3(номер смуги при електрофорезі білків) еритроцитарних мембран об'єднується в ансамбль з іншими молекулами цитоскелета - спектрином через низькомолекулярний анкірин білок
Спектрінє основним білком цитоскелета, що становить двомірну мережу, до якої прикріплюється актин.
Актінутворює мікрофіламенти, що є скоротливим апаратом цитоскелета.
Цитоскелетдозволяє клітині виявляти гнучкоеластичні властивості, забезпечує додаткову міцність мембрани.
Більшість інтегральних білків – глікопротеїни. Їхня вуглеводна частина виступає з клітинної мембрани назовні. Багато глікопротеїнів мають великий негативний заряд через значний вміст сіалової кислоти (наприклад, молекула глікофорину). Це забезпечує поверхні більшості клітин негативний заряд, сприяючи відштовхуванню інших негативно заряджених об'єктів. Вуглеводні виступи глікопротеїнів є носіями антигенів груп крові, інших антигенних клітин детермінантів, вони діють як рецептори, що зв'язують гормони. Глікопротеїни утворюють адгезивні молекули, що зумовлюють прикріплення клітин одна одній, тобто. тісні міжклітинні контакти.
Клітинна мембрана, яку також називають плазмалема, цитолема або плазматична мембрана - є молекулярною структурою, еластичною за своєю природою, що складається з різних білків та ліпідів. Вона відокремлює вміст будь-якої клітини від зовнішнього середовища, тим самим регулюючи її захисні властивості, а також забезпечує обмін між зовнішнім середовищем та безпосередньо внутрішнім вмістом клітини.
Плазматична мембрана
Плазмалемма – це перегородка, що знаходиться всередині, безпосередньо за оболонкою. Вона ділить клітину на певні відсіки, які спрямовані на компартменти або органели. Вони містяться спеціалізовані умови середовища. Клітинна стінка повністю закриває всю клітинну мембрану. Вона виглядає як подвійний шар молекул.
Основні відомості
Склад плазмалеми - це фосфоліпіди або, як їх ще називають, складні ліпіди. Фосфоліпіди мають кілька частин: хвіст та голівку. Фахівці називають гідрофобні та гідрофільні частини: залежно від будови тваринної або рослинної клітини. Ділянки, які називаються головкою - звернені всередину клітини, а хвости - назовні. Плазмалеми структурою є інваріабельними і дуже схожі у різних організмів; Найчастіше виняток можуть скласти археї, у яких перегородки складаються з різних спиртів та гліцерину.
Товщина плазмалеми приблизно 10 нм..
Існують перегородки, які знаходяться на зовнішній стороні або зовні частини, що впритул прилягає до мембрани - їх називають поверхневими. Деякі види білка можуть бути своєрідними контактними точками для клітинної мембрани та оболонки. Усередині клітини знаходиться цитоскелет та зовнішня стінка. Певні види інтегрального білка можна використовувати як канали в іонних транспортних рецепторах (паралельно з нервовими закінченнями).
Якщо використовувати електронний мікроскоп, можна отримати дані, на основі яких можна побудувати схему будови всіх частин клітини, а також основних складових і оболонок. Верхній апарат складатиметься з трьох субсистем:
- комплексне надмембранне включення;
- опорно-скоротливий апарат цитоплазми, який матиме субмембранну частину.
До цього апарату можна віднести цитоскелет клітини. Цитоплазма з органоїдами та ядром називається – ядерний апарат. Цитоплазматична або, по-іншому, плазматична клітинна мембрана знаходиться під клітинною оболонкою.
Слово "мембрана" походить від латинського слова membrum, яке можна перекласти як "шкіра" або "оболонка". Термін запропонували понад 200 років тому і ним частіше називали краї клітини, але в період, коли почалося використання різного електронного обладнання, встановили, що плазматичні цитолеми становлять безліч різних елементів оболонки.
Елементи найчастіше структурні, такі як:
- мітохондрії;
- лізосоми;
- пластиди;
- Перегородки.
Одна з перших гіпотез щодо молекулярного складу плазмалеми була висунута у 1940 році науковим інститутом Великобританії. Вже 1960 року Вільям Робертс запропонував світові гіпотезу «Про елементарну мембрану». Вона передбачала, що це плазмалеми клітини складаються з певних елементів, власне, є сформованими за загальним принципом всім царств організмів.
На початку сімдесятих років XX століття було відкрито безліч даних, на підставі яких у 1972 році вчені з Австралії запропонували нову мозаїчно-рідинну модель будови клітин.
Будова плазматичної мембрани
Модель 1972 року є загальновизнаною і до цього дня. Тобто в сучасній науці різні вчені, що працюють з оболонкою, спираються на теоретичну працю «Будова біологічна мембрана рідинно-мозаїчної моделі».
Молекули білків пов'язані з ліпідним бислоем і пронизують всю мембрану повністю - інтегральні білки (одне із загальноприйнятих назв - це трансмембранні білки).
Оболонка у складі має різні вуглеводні компоненти, які будуть виглядати як полісахаридні або сахаридні ланцюги. Ланцюг, у свою чергу, буде з'єднаний ліпідами та білком. Сполучені молекулами білка ланцюги називаються глікопротеїнами, а молекулами ліпідів – глікозидами. Вуглеводи знаходяться на зовнішній стороні мембрани та виконують функції рецепторів у клітинах тваринного походження.
Глікопротеїн - це комплекс надмембранних функцій. Його ще називають глікокалікс (від грецьких слів глік та калікс, що в перекладі означає "солодкий" та "чашка"). Комплекс сприяє адгезії клітин.
Функції плазматичної мембрани
Бар'єрна
Допомагає відокремити внутрішні складові клітинної маси від тих речовин, що знаходяться ззовні. Захищає організм від попадання різних речовин, які будуть для нього чужорідними, і допомагає підтримувати внутрішньоклітинний баланс.
Транспортна
Клітина має свій «пасивний транспорт» та використовує його для зменшення витрати енергії. Транспортна функція працює у таких процесах:
- ендоцитоз;
- екзоцитоз;
- натрієвий та калієвий обмін.
На зовнішній стороні мембрани знаходиться рецептор, на ділянці якого відбувається змішування гормонів та різних регуляторних молекул.
Пасивний транспорт- процес, у якому речовина проходить через мембрану, у своїй енергія не витрачається. Іншими словами, речовина доставляється з області клітини з високою концентрацією, в той бік, де концентрація буде нижчою.
Існує два види:
- Проста дифузія- властива маленьким нейтральним молекулам H2O, CO2 і О2 та деякими гідрофобними органічними речовинами з низькою молекулярною масою і відповідно без проблем проходять через фосфоліпіди мембрани. Ці молекули можуть проникати через мембрану до того часу, поки градієнт концентрації буде стабільний і незмінний.
- Полегшена дифузія- Характерна для різних молекул гідрофільного типу. Вони також можуть проходити через мембрану згідно з градієнтом концентрації. Однак процес буде здійснюватися за допомогою різних білків, які утворюватимуть специфічні канали іонних сполук у мембрані.
Активний транспорт- це переміщення різних складових через стінку мембрани на противагу градієнту. Таке перенесення потребує значних витрат енергетичних ресурсів у клітині. Найчастіше саме активний транспорт є основним джерелом споживання енергії.
Вирізняють кілька різновидівактивного транспорту за участю білків-переносників:
- Натрієво-калієвий насос.Одержання клітиною необхідних мінералів та мікроелементів.
- Ендоцитоз- процес, при якому відбувається захоплення клітиною твердих частинок (фагоцитоз) або різних крапель будь-якої рідини (піноцитоз).
- Екзоцитоз- процес, у якому відбувається виділення із клітини певних частинок у зовнішнє довкілля. Процес є противагою ендоцитозу.
Термін "ендоцитоз" походить від грецьких слів "енду" (зсередини) та "кетоз" (чаша, вмістилище). Процес характеризує захоплення зовнішнього складу клітиною та здійснюється при виробництві мембранних бульбашок. Цей термін був запропонований в 1965 професором цитології з Бельгії Крістіаном Бейлсом, він вивчав поглинання різних речовин клітинами ссавців, а також фагоцитоз і піноцитоз.
Фагоцитоз
Відбувається при захопленні клітиною певних твердих частинок або живих клітин. А піноцитоз - це процес, у якому краплі рідини захоплюються клітиною. Фагоцитоз (від грецьких слів " пожиратель " і " вмістилище " ) - процес у якому дуже маленькі об'єкти живої природи захоплюються і поглинаються, як і і тверді частини різних одноклітинних організмів.
Відкриття процесу належить фізіологу з Росії – В'ячеславу Івановичу Мечникову, який визначив безпосередньо процес, при цьому він проводив різні випробування з морськими зірками та крихітними дафніями.
В основі живлення одноклітинних гетеротрофних організмів лежить їхня здатність перетравлювати, а також захоплювати різні частки.
Мечников описав алгоритм поглинання бактерії амебою та загальний принцип фагоцитозу:
- адгезія – прилипання бактерій до мембрани клітини;
- поглинання;
- утворення бульбашки з бактеріальною клітиною;
- відкорковування бульбашки.
Виходячи з цього, процес фагоцитозу складається з таких етапів:
- Частина, що поглинається, кріпиться до мембрани.
- Оточення поглинається частинки мембраною.
- Утворення мембранної бульбашки (фагосома).
- Відкріплення мембранної бульбашки (фагосоми) у внутрішню частину клітини.
- Об'єднання фагосоми та лізосоми (перетравлення), а також внутрішнє переміщення частинок.
Можна спостерігати повне чи часткове перетравлення.
У разі часткового перетравлення найчастіше утворюється залишкове тільце, яке буде всередині клітини деякий час. Ті залишки, які будуть неперетравлені, вилучаються (евакуюються) із клітини шляхом екзоцитозу. У процесі еволюції ця функція схильності до фагоцитозу поступово відокремилася і перейшла від різних одноклітинних до спеціалізованих клітин (таких як травна у кишковопорожнинних і губок), а потім до особливих клітин у ссавців та людини.
До фагоцитозу схильні лімфоцити та лейкоцити в крові. Сам процес фагоцитозу потребує великих витрат енергії і безпосередньо поєднаний з активністю зовнішньої клітинної мембрани та лізосоми, при яких знаходяться травні ферменти.
Піноцитоз
Піноцитоз – це захоплення поверхнею клітини будь-якої рідини, в якій знаходяться різні речовини. Відкриття явища піноцитозу належить вченому Фіцджеральду Льюїсу. Сталася ця подія у 1932 році.
Піноцитоз - це один з основних механізмів, при якому в клітину потрапляють високомолекулярні сполуки, наприклад, різні глікопротеїни або ж розчинні білки. Піноцитозна активність, у свою чергу, неможлива без фізіологічного стану клітини та залежить від її складу та складу навколишнього середовища. Найактивніший піноцитоз ми можемо спостерігати у амеби.
У людини піноцитоз спостерігається в клітинах кишечника, в судинах, ниркових канальцях, а також у ооцитах, що ростуть. Для того, щоб зобразити процес піноцитозу, якою буде здійснюватися за допомогою лейкоцитів людини, можна зробити випинання плазматичної мембрани. При цьому частини відшнуровуватимуться і відокремлюватимуться. Процес піноцитозу потребує витрати енергії.
Етапи процесу піноцитозу:
- На зовнішній клітинній плазмалемі утворюються тонкі нарости, які оточують краплі рідини.
- Ця ділянка зовнішньої оболонки стає тоншою.
- Утворення мембранної бульбашки.
- Стінка проривається (провалюється).
- Пухирець переміщається в цитоплазмі і може злитися з різними бульбашками та органоїдами.
Екзоцитоз
Термін походить від грецьких слів "екзо" - зовнішній, зовнішній та "цитоз" - посудина, чаша. Процес полягає у виділенні клітинною частиною певних частинок у зовнішнє середовище. Процес екзоцитозу є протилежним до піноцитозу.
У процесі екоцитозу із клітини виходять бульбашки внутрішньоклітинної рідини та переходять на зовнішню мембрану клітини. Вміст усередині бульбашок може виділятися назовні, а мембрана клітини зливається з оболонкою бульбашок. Таким чином, більшість макромолекулярних сполук відбуватиметься саме цим способом.
Екзоцитоз виконує ряд завдань:
- доставка молекул на зовнішню клітинну мембрану;
- транспортування по всій клітині речовин, які будуть потрібні для зростання і збільшення площі мембрани, наприклад, певних білків або фосфоліпідів;
- звільнення чи з'єднання різних частин;
- виведення шкідливих і токсичних продуктів, які з'являються при метаболізмі, наприклад, соляної кислоти, що секретується клітинами слизової оболонки шлунка;
- транспортування пепсиногену, і навіть сигнальних молекул, гормонів чи нейромедіаторів.
Специфічні функції біологічних мембран:
- генерація імпульсу, що відбувається на нервовому рівні, усередині мембрани нейрона;
- синтез поліпептидів, а також ліпідів та вуглеводів шорсткої та гладкої мережі ендоплазматичної сітки;
- зміна світлової енергії та її перетворення на енергію хімічну.
Відео
З нашого відео ви дізнаєтеся багато цікавого та корисного про будову клітини.
Клітинна мембрана – це площинна структура, з якої побудована клітина. Вона є у всіх організмів. Її унікальні властивості забезпечують життєдіяльність клітин.
Види мембран
Можна виділити три види клітинних мембран:
- зовнішня;
- ядерна;
- мембрани органоїдів.
Зовнішня цитоплазматична мембрана створює межі клітини. Її не треба плутати з клітинною стінкою або оболонкою, що є у рослин, грибів та бактерій.
Відмінність клітинної стінки від клітинної мембрани у значно більшій товщині та переважання захисної функції над обмінною. Мембрана знаходиться під клітинною стінкою.
Ядерна мембрана відокремлює від цитоплазми вміст ядра.
ТОП-4 статтіякі читають разом з цією
Серед органоїдів клітини є такі, форма яких утворена однією або двома мембранами:
- мітохондрії;
- пластиди;
- вакуолі;
- комплекс Гольджі;
- лізосоми;
- Ендоплазматична мережа (ЕПС).
Будова мембрани
За сучасними уявленнями структура клітинної мембрани описується за допомогою рідинно-мозаїчної моделі. Основу мембрани становить біліпідний шар – два рівні молекул ліпідів, що утворюють площину. По обидва боки на біліпідному шарі розташовані молекули білків. Деякі білки занурені в біліпідний шар, деякі проходять крізь нього.
Рис. 1. Клітинна мембрана.
Тварини клітини лежить на поверхні мембрани мають комплекс вуглеводів. Під час вивчення клітини під мікроскопом зазначено, що мембрана перебуває у постійному русі і неоднорідна за будовою.
Мембрана є мозаїкою і в морфологічному, і в функціональному сенсі, тому що її різні ділянки містять різні речовини та мають різні фізіологічні властивості.
Властивості та функції
Будь-яка прикордонна структура здійснює захисні та обмінні функції. Це стосується всіх видів мембран.
Здійсненню даних функцій сприяють такі властивості, як:
- пластичність;
- висока здатність до відновлення;
- напівпроникність.
Властивість напівпроникності у тому, що одні речовини не пропускаються мембраною, інші пропускаються вільно. Так здійснюється контролююча функція мембрани.
Також зовнішня мембрана забезпечує зв'язок між клітинами за рахунок численних виростів та виділення клеючої речовини, що заповнює міжклітинний простір.
Транспорт речовин через мембрану
Надходження речовин через зовнішню мембрану йде такими шляхами:
- через пори за допомогою ферментів;
- через мембрану безпосередньо;
- піноцитоз;
- фагоцитоз.
Першими двома способами транспортуються іони та дрібні молекули. Великі молекули надходять у клітину шляхом піноцитозу (у рідкому стані) та фагоцитозу (у твердому вигляді).
Рис. 2. Схема піно-і фагоцитозу.
Мембрана охоплює харчову частинку і замикає в травну вакуоль.
Вода та іони проходять у клітину без витрат енергії, пасивним транспортом. Великі молекули переміщуються активним транспортом із витратою енергетичних ресурсів.
Внутрішньоклітинний транспорт
Від 30% до 50% обсягу клітини займає ендоплазматична мережа. Це своєрідна система порожнин і каналів, що пов'язує всі частини клітини та забезпечує впорядковане внутрішньоклітинне транспортування речовин.
Рис. 3. Малюнок ЕПС.
Таким чином, в ЕПС зосереджена значна маса клітинних мембран.
Що ми дізналися?
Ми з'ясували, що таке клітинна мембрана в біології. Це структура, на основі якої збудовані всі живі клітини. Її значення в клітині полягає в: відмежуванні простору органоїдів, ядра та клітини в цілому, забезпеченні вибіркового надходження речовин у клітину та ядро. До складу мембрани входять молекули ліпідів та білків.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.7. Усього отримано оцінок: 485.
