Які функції виконує зовнішня клітинна мембрана? Будова зовнішньої клітинної мембрани

Вивченням будови клітин прокариотических організмів, а також рослин, тварин і людини займається розділ біології, званий цитологией. Вчені встановили, що вміст клітини, що знаходиться всередині неї, побудовано досить складно. Його оточує так званий поверхневий апарат, до складу якого входять зовнішня клітинна мембрана, надмембранные структури: глікокалікс і клітинна стінка, а також мікронитки, пелікула і мікротрубочки, що утворять її подмембранный комплекс. У даній статті ми вивчимо будову і функції зовнішньої клітинної мембрани, що входить в поверхневий апарат різних видів клітин.

Які функції виконує зовнішня клітинна мембрана

Як було описано раніше, зовнішня мембрана є частиною поверхневого апарату кожної клітини, який успішно відокремлює її внутрішній вміст і захищає клітинні органели від несприятливих умов зовнішнього середовища. Ще одна функція - це забезпечення обміну речовин між клітинним вмістом і тканинною рідиною, тому зовнішня клітинна мембрана здійснює транспорт молекул та іонів, що надходять у цитоплазму, а також допомагає видаляти шлаки і надлишок токсичних речовин з клітини.

Будова клітинної мембрани

Мембрани, або плазмалеми різних типів клітин сильно відрізняються між собою. Головним чином, хімічною будовою, а також відносним вмістом в них ліпідів, глікопротеїдів, білків і, відповідно, характером рецепторів, що знаходяться в них. Зовнішня клітинна мембрана, будова і функції якої визначаються насамперед індивідуальним складом глікопротеїдів, бере участь у розпізнаванні подразників зовнішнього середовища і в реакціях самої клітини на їх дії. З білками і гликолипидами клітинних мембран можуть взаємодіяти деякі види вірусів, внаслідок чого вони проникають у клітку. Віруси герпесу і грипу можуть використовувати плазмалемму клітини-хазяїна для побудови свій захисної оболонки.
А віруси і бактерії, так звані бактеріофаги, прикріплюються до мембрани клітини, і в місці контакту розчиняють її з допомогою особливого ферменту. Потім в отвір проходить молекула вірусної ДНК.

Особливості будови плазмалеми еукаріотів

Нагадаємо, що зовнішня клітинна мембрана виконує функцію транспорту, тобто переносу речовин в цитоплазму клітини і з неї в зовнішнє середовище. Для здійснення такого процесу необхідно спеціальне будова. Дійсно, плазмалемма являє собою постійну, універсальну для всіх еукариотичних кліток систему поверхневого апарату. Це тоненька (2-10 Нм), але досить щільна багатошарова плівка, яка покриває всю клітину. Її будова було вивчено в 1972 році такими вченими, як Д. Сінгер і Р. Ніколсон, ними ж створена рідинно-мозаїчна модель клітинної мембрани. Головні хімічні сполуки, які її утворюють - це впорядковано розташовані молекули білків і певних фосфоліпідів, які вкраплені в рідковату ліпідну середовище і нагадують мозаїку. Таким чином, клітинна мембрана складається з двох шарів ліпідів, неполярні гідрофобні «хвости», які знаходяться всередині мембрани, а полярні гідрофільні головки звернені до цитоплазмі клітини і до міжклітинної рідини.
Шар ліпідів пронизується великими білковими молекулами, що утворюють гідрофільні пори. Саме через них транспортуються водні розчини глюкози і мінеральних солей. Деякі білкові молекули знаходяться як на зовнішній, так і на внутрішній поверхні плазмалеми. Таким чином, на зовнішньої клітинної мембрани в клітинах всіх організмів, що мають ядра, знаходяться молекули вуглеводів, пов'язані ковалентными зв'язками з гликолипидами і гликопротеидами. Вміст вуглеводів в клітинних мембранах коливається від 2 до 10%.

Будова плазмалеми прокариотических організмів

Зовнішня клітинна мембрана у прокаріотів виконує подібні функції з плазмалеммами клітин ядерних організмів, а саме: сприйняття та передача інформації, що надходить із зовнішнього середовища, транспорт іонів і розчинів в клітину і з неї, захист цитоплазми від чужорідних реагентів ззовні. Вона може утворювати мезосомы – структури, що виникають при впячивании плазмалеми всередину клітини. На них можуть знаходитися ферменти, що беруть участь в метаболічних реакціях прокаріотів, наприклад, у реплікації ДНК, синтезі білків. Мезосомы також містять окислювально-відновні ферменти, а у фотосинтетиков знаходяться бактеріохлорофіл (у бактерій) і фикобилин (у ціанобактерій).

Роль зовнішніх мембран в міжклітинних контактах

Продовжуючи відповідати на питання, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана, зупинимося на її ролі у міжклітинних контактах. У рослинних клітин в стінках зовнішньої клітинної мембрани утворюються пори, які переходять у целюлозний шар. Через них можливий вихід цитоплазми клітини назовні, такі тонкі канали називають плазмодесмами. Завдяки їм зв'язок між сусідніми рослинними клітинами дуже міцна. У клітин людини і тварин місця контактів сусідніх клітинних мембран називаються десмосомами. Вони характерні для ендотеліальних і епітеліальних клітин, а також зустрічаються у кардіоміоцитів.

Допоміжні освіти плазмалеми

Розібратися, чим відрізняються рослинні клітини від тварин, допомагає вивчення особливостей будови їх плазмалемм, які залежать від того, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана. Над нею у тварин клітин знаходиться шар глікокалікс. Він утворений молекулами полісахаридів, пов'язаних з білками і ліпідами зовнішньої клітинної мембрани. Завдяки гликокаликсу між клітинами виникає адгезія (злипання), що приводить до утворення тканин, тому він бере участь у сигнальної функції плазмалеми – розпізнавання подразників зовнішнього середовища.

Як здійснюється пасивний транспорт певних речовин через клітинні мембрани

Як було вже сказано раніше, зовнішня клітинна мембрана бере участь у процесі транспортування речовин між клітиною і зовнішнім середовищем. Існує два види переносу через плазмалемму: пасивний (дифузионный) і активний транспорт. До першого відноситься дифузія, полегшена дифузія та осмос. Рух речовин по градієнту концентрації залежить, насамперед, від маси і величини молекул, що проходять через клітинну мембрану. Наприклад, дрібні неполярні молекули легко розчиняються в середньому ліпідному шарі плазмалеми, просуваються через неї і виявляються в цитоплазмі. Великі молекули органічних речовин проникають у цитоплазму з допомогою спеціальних білків-переносників. Вони мають видову специфічність і, з'єднуючись з часткою або іоном, без витрат енергії пасивно переносять їх через мембрану по градієнту концентрації (пасивний транспорт). Цей процес лежить в основі такого властивості плазмалеми, як виборча проникність. У процесі пасивного транспорту енергія молекул АТФ не використовується, і клітина зберігає її на інші метаболічні реакції.

Активний транспорт хімічних сполук через плазмалемму

Так як зовнішня клітинна мембрана забезпечує перенос молекул і іонів із зовнішнього середовища всередину клітини і назад, стає можливим виведення продуктів дисиміляції, які є токсинами, назовні, тобто в міжклітинну рідину. Активний транспорт відбувається проти градієнта концентрації і вимагає використання енергії у вигляді молекул АТФ. У ньому також беруть участь білки-переносники, звані АТФ-ази, що є одночасно і ферментами. Прикладом такого транспорту служить натрій-калієвий насос (іони натрію переходять з цитоплазми в зовнішнє середовище, а іони калію закачуються в цитоплазму). До нього здатні епітеліальні клітини кишечника і нирок. Різновидами такого способу перенесення служать процеси пиноцитоза і фагоцитозу. Таким чином, вивчивши, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана, можна встановити, що до процесів піно - і фагоцитозу здатні гетеротрофные протисты, а також клітини вищих тварин організмів, наприклад, лейкоцити.

Біоелектричні процеси в клітинних мембранах

Встановлено, що існує різниця потенціалів між зовнішньою поверхнею плазмалеми (вона заряджена позитивно) і пристінковим шаром цитоплазми, зарядженим негативно. Її назвали потенціалом спокою, і вона властива всім живим клітинам. А нервова тканина має не тільки потенціал спокою, але і здатна до проведення слабких біострумів, яке називають процесом збудження. Зовнішні мембрани нервових клітин-нейронів, приймаючи подразнення від рецепторів, починають міняти заряди: іони натрію масово надходять всередину клітини і поверхня плазмалеми стає электроотрицательной. А пристінковий шар цитоплазми внаслідок надлишку катіонів отримує позитивний заряд. Це пояснює, з якої причини відбувається перезарядка зовнішньої клітинної мембрани нейрона, що викликає проведення нервових імпульсів, що лежать в основі процесу збудження.