Особливості, будова і функції клітинних мембран

У 1972 році була висунута теорія, згідно з якою частково проникна мембрана оточує клітину і виконує ряд життєво важливих завдань, а будова і функції клітинних мембран є значущими питаннями щодо правильного функціонування всіх клітин в організмі. Клітинна теорія одержала широке поширення в 17 столітті, разом з винаходом мікроскопа. Стало відомо, що рослинні і тваринні тканини складаються з клітин, але з-за низької роздільної здатності приладу неможливо було побачити якісь бар'єри навколо тваринної клітини. У 20-му столітті хімічна природа мембрани досліджувалася більш детально, було з'ясовано, що її основу складають ліпіди.

Будова і функції клітинних мембран

Клітинна мембрана оточує цитоплазму живих клітин, фізично відокремлюючи внутрішньоклітинні компоненти від зовнішнього середовища. Гриби, бактерії і рослини також мають клітинні стінки, що забезпечують захист і перешкоджають проходженню великих молекул. Клітинні мембрани також грають роль у становленні цитоскелета і прикріпленні до позаклітинного матриксу інших життєво важливих частинок. Це потрібно для того, щоб утримувати їх разом, формуючи тканини і органи організму. Особливості будови клітинної мембрани включають проникність. Основною функцією є захист. Мембрана складається з фосфоліпідного шару з вбудованими білками. Ця частина бере участь в таких процесах, як клітинна адгезія, іонна провідність і сигнальні системи і служить в якості поверхні кріплення для декількох позаклітинних структур, у тому числі стінки, гликокаликса і внутрішнього цитоскелета. Мембрана зберігає потенціал клітини, працюючи як селективний фільтр. Вона є селективно проникною для іонів і органічних молекул і управляє переміщенням частинок.

Біологічні механізми з участю клітинної мембрани

1. Пасивна дифузія: деякі речовини (малі молекули, іони), такі як двоокис вуглецю (СО2) і кисню (О2), можуть проникати через плазматическую мембрану шляхом дифузії. Оболонка діє як бар'єр для певних молекул і іонів, вони можуть концентруватися по обидві сторони.

2. Трансмембранний білок каналів і транспортерів: поживні речовини, такі як глюкоза або амінокислоти, повинні потрапити в клітку, а деякі продукти обміну речовин повинні її залишити.

3. Эндоцитоз - це процес, при якому поглинаються молекули. У плазматичній мембрані створюється невелика деформація (інвагінація), в якій речовина, що підлягає транспортуванню, заковтується. Це вимагає енергії і, таким чином, є формою активного транспорту.

4. Экзоцитоз: відбувається в різних клітинах для видалення неперетравлених залишків речовин, принесених эндоцитозом, щоб секретувати речовини, такі як гормони і ферменти, і транспортувати речовина повністю через клітинний бар'єр.

Молекулярна структура

Клітинна мембрана - це біологічна оболонка, що складається переважно з фосфоліпідів та відокремлює зміст всієї клітки від зовнішнього середовища. Процес утворення відбувається мимовільно при нормальних умовах. Щоб зрозуміти цей процес і правильно описати будову і функції клітинних мембран, а також властивості, необхідно оцінити характер фосфолипидных структур, для яких є властивою структурна поляризація. Коли фосфоліпіди у водному середовищі цитоплазми досягають критичної концентрації, вони об'єднуються в міцели, які є більш стабільними у водному середовищі.

Мембранні властивості

Стабільність. Це означає, що після утворення розпад мембрани є малоймовірним.

Міцність. Ліпідна оболонка достатньо надійна, щоб запобігти проходження полярного речовини, через утворену кордон не можуть пройти як розчинені речовини (іони, глюкоза, амінокислоти), так і набагато більш великі молекули (білки).

Динамічний характер. Це, мабуть, найбільш важлива властивість, якщо розглядати будова клітини. Клітинна мембрана може піддаватися різним деформаціям, може складатися і згинатися і при цьому не зруйнуватися. При особливих обставинах, наприклад, злиття везикул або бутонізації, вона може бути порушена, але тільки на час. При кімнатній температурі її ліпідні складові перебувають у постійному, хаотичному русі, утворюючи стабільну текучу кордон.

Рідка мозаїчна модель

Говорячи про будову і функції клітинних мембран, важливо зазначити, що в сучасному уявленні мембрана як рідка мозаїчна модель, була розглянута в 1972 році вченими Сінгером і Ніколсоном. Їх теорія відображає три основні особливості структури мембрани. Інтегральні мембранні білки сприяють мозаїчним шаблоном для мембрани, і вони здатні на бічний рух в площині через мінливої природи ліпідної організації. Трансмембранні білки є також потенційно мобільними. Важливою особливістю структури мембрани є її асиметрія. Що являє собою будова клітини? Клітинна мембрана, ядро, білки і так далі. Клітина є основною одиницею життя, і всі організми складаються з однієї або багатьох клітин, кожна їх яких має природний бар'єр, що відокремлює її від навколишнього середовища. Ця зовнішня межа клітинки також називається плазматичної мембраною. Вона складається з чотирьох різних типів молекул: фосфоліпіди, холестерин, білки і вуглеводи. Рідка мозаїчна модель описує структуру клітинної мембрани наступним чином: гнучка й еластична, по консистенції нагадує рослинне масло, так що всі окремі молекули просто плавають у рідкому середовищі, і вони всі здатні рухатися вбік в межах цієї оболонки. Мозаїка представляє собою щось, що містить багато різних деталей. У плазматичній мембрані вона представлена фосфоліпідами, молекулами холестерину, білками і вуглеводами.

Фосфоліпіди

Фосфоліпіди складають основну структуру клітинної мембрани. Ці молекули мають два різних кінця: голову і хвіст. Головний кінець містить фосфатну групу і є гідрофільним. Це означає, що він притягається до молекул води. Хвіст складається з атомів водню і вуглецю, званих ланцюжками жирних кислот. Ці ланцюги гідрофобні, вони не люблять змішуватися з молекулами води. Цей процес нагадує те, що відбувається, коли ви налити рослинне масло в воду, тобто воно в ній не розчиняється. Особливості будови клітинної мембрани пов'язані з так званим липидным бислоем, який складається з фосфоліпідів. Гідрофільні фосфатні голови завжди розташовуються там, де є вода у вигляді внутрішньоклітинної і позаклітинної рідини. Гідрофобні хвости фосфоліпідів у мембрані організовані таким чином, що тримають їх подалі від води.

Холестерин, білки і вуглеводи

Почувши слово "холестерин", люди зазвичай думають, що це погано. Однак насправді холестерин є дуже важливим компонентом клітинних мембран. Його молекули складаються з чотирьох кілець атомів водню і вуглецю. Вони гідрофобні і зустрічаються серед гідрофобних хвостів у ліпідному бі-шарі. Їх важливість полягає в підтримці консистенції, вони укріплюють мембрани, запобігаючи перетин. Молекули холестерину також тримають фосфоліпідні хвости від вступу в контакт і твердевания. Це гарантує плинність і гнучкість. Мембранні білки виконують функції ферментів за прискорення хімічних реакцій, виступають як рецепторів для специфічних молекул або транспортують речовини через клітинну мембрану. Вуглеводи, або сахариди, зустрічаються тільки на позаклітинної стороні мембрани клітини. Разом вони утворюють глікокалікс. Він забезпечує амортизацію і захист плазматичної мембрани. На основі структури і типу вуглеводів в гликокаликсе організм може розпізнавати клітини та визначати, чи повинні вони бути там або немає.

Мембранні білки

Будова клітинної мембрани тваринної клітини неможливо уявити без такого важливого компоненту, як білок. Незважаючи на це, вони можуть значно поступатися за розмірами іншою важливою складовою – ліпідів. Існує три види основних мембранних білків.

Інтегральні. Вони повністю охоплюють бі-шар, цитоплазму і позаклітинне середовище. Вони виконують транспортну і сигналізує функцію.

Периферичні. Білки прикріплюються до мембрани за допомогою електростатичних або водневих зв'язків в їх цитоплазматичних або позаклітинних поверхнях. Вони беруть участь в основному як засіб кріплення для інтегральних білків.

Трансмембранні. Вони виконують ферментативну і сигнальну функції, а також модулюють основну структуру ліпідного бі-шару мембрани.

Функції біологічних мембран

Гідрофобний ефект, який регламентує поведінку вуглеводнів у воді, контролює структури, утворені за допомогою мембранних ліпідів і мембранних білків. Багато властивості мембран дають носіями ліпідних бі-шарів, що утворюють базову структуру для всіх біологічних мембран. Інтегральні мембранні білки частково заховані в ліпідному бі-шарі. Трансмембранні білки мають спеціалізовану організацію амінокислот в їх первинної послідовності. Периферичні мембранні білки дуже схожі на розчинні, але вони також прив'язані до мембран. Спеціалізовані клітинні мембрани мають спеціалізовані функції клітин. Як будова і функції клітинних мембран впливають на організм? Від того, як улаштовані біологічні мембрани, залежить забезпечення функціональності всього організму. З внутрішньоклітинних органел, позаклітинного і міжклітинних взаємодій мембран створюються структури, необхідних для організації і виконання біологічних функцій. Багато структурні та функціональні особливості є загальними для бактерій, еукариотичних кліток і оболонкових вірусів. Всі біологічні мембрани побудовані на ліпідному бі-шарі, що обумовлює наявність низки загальних характеристик. Мембранні білки володіють безліччю специфічних функцій.

Контролююча. Плазматичні мембрани клітин визначають межі взаємодії клітини з навколишнім середовищем.

Транспортна. Внутрішньоклітинні мембрани клітин розділені на кілька функціональних блоків з різною внутрішньою композицією, кожна з яких підтримується необхідної транспортної функцією в поєднанні з проникністю управління.

Сигнальна трансдукція. Злиття мембран забезпечує механізм внутрішньоклітинного везикулярного оповіщення та перешкоджання різного роду вірусів вільно проникати в клітку.

Значення і висновки

Будова зовнішньої клітинної мембрани впливає на весь організм. Вона грає важливу роль в захисті цілісності, дозволяючи проникнення тільки обраних речовин. Це також хороша база для кріплення цитоскелету та клітинної стінки, що допомагає у збереженні форми клітини. Ліпіди складають близько 50% маси мембрани більшості клітин, хоча цей показник варіюється в залежності від типу мембрани. Будова зовнішньої клітинної мембрани ссавців є більш складним, там містяться чотири основних фосфолипида. Важливою властивістю ліпідних бі-шарів є те, що вони ведуть себе як двовимірні рідини, в якій окремі молекули можуть вільно обертатися і переміщатися в бічних напрямках. Така плинність - це важлива властивість мембран, яке визначається в залежності від температури і ліпідного складу. Завдяки вуглеводневої кільцевій структурі холестерин відіграє певну роль у визначенні плинності мембран. Виборча проникність біологічних мембран для малих молекул дозволяє клітині контролювати і підтримувати її внутрішню структуру. Розглядаючи будову клітини (клітинна мембрана, ядро і так далі), можна зробити висновок про те, що організм – це саморегулююча система, яка без сторонньої допомоги не зможе нашкодити собі і завжди буде шукати шляхи для відновлення, захисту та правильного функціонування кожної клітинки.