Строение клеток живых организмов во многом зависит от того, какие функции они выполняют. Однако существует ряд общих для всех клеток принципов архитектуры. В частности, любая клетка имеет снаружи оболочку, которая называется цитоплазматической или плазматической мембраной. Существует и еще одно название — плазмолемма.
…
Строение
Плазматическая мембрана состоит из молекул трех основных видов — протеинов, углеводов и липидов. У разных типов клеток соотношение этих компонентов может различаться.
В 1972 году учеными Николсоном и Сингером был предложена жидкостно-мозаичная модель строения цитоплазматической мембраны. Эта модель послужила ответом на вопрос о строении клеточной мембраны и не утратила своей актуальности и по сей день. Суть жидкостно-мозаичной модели заключается в следующем:
- Липиды располагаются в два слоя, составляя основу клеточной стенки,
- Гидрофильные концы липидных молекул расположены внутрь, а гидрофобные — наружу,
- Внутри эта структура имеет слой протеинов, которые пронизывают липиды подобно мозаике,
- Кроме белков здесь имеется небольшое количество углеводов — гексоз,
Эта биологическая система отличается большой подвижностью. Белковые молекулы могут выстраиваться, ориентируясь к одной из сторон липидного слоя, или же свободно перемещаются и меняют свое положение.
Функции
Несмотря на некоторые различия в строении, плазмолеммы всех клеток обладают набором общих функций. Кроме того, они могут обладать характеристиками, сугубо специфичными для данного вида клеток. Рассмотрим кратко общие основные функции всех клеточных мембран:
Барьерная функция обеспечивает клетке обмен веществ с окружающим пространством. Этот обмен является регулируемым, избирательным и может быть как пассивным, так и активным.- Транспортная функция заключается в том, что мембрана осуществляет транспорт веществ как в клетку, так и из нее. Таким образом в клетку поставляются питательные вещества, а наружу выводятся продукты метаболизма. Благодаря транспортной функции происходит поддержание в клетке определенного уровня рН, создается ионный градиент и производится секреция различных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма.
- Матричная функция обеспечивает белкам определенную локализацию и ориентацию, благодаря чему осуществляется их оптимальное взаимодействие.
- Механическая функция обеспечивает клеткам автономность внутриклеточных образований и одновременно контакт с другими клетками. Немаловажная роль в этом взаимодействии отводится межклеточному веществу.
- Энергетическая функция заключается в переносе белками мембраны энергии в процессе фотосинтеза и клеточном митохондриальном дыхании.
- Рецепторная функция осуществляется за счет некоторых белков-рецепторов. Эти сложные молекулы помогают летке воспринимать те или иные сигналы. В качестве примера можно привести гормоны или нейромедиаторы, которые воздействуют на определенные белки-рецепторы клеток-мишеней.
- Ферментативная функция обеспечивается также за счет белков цитоплазматической мембраны. Часть этих белков могут служить ферментами. К примеру, плазмалеммы кишечного эпителия содержат пищеварительные ферменты.
- Насосная функция плазмолеммы заключается в выработке и проведении потенциалов. Благодаря мембране в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов калия и натрия. Это позволяет поддерживать разность потенциалов и проведение нервного импульса.
- Маркерная функция осуществляется благодаря белкам-антигенам, которые позволяют распознавать «свои» и «чужие» клетки. Эти маркеры состоят из белков с присоединенными к ним олигосахаридными цепями. С помощью этих маркеров клетки могут распознавать друг друга в процессе построения тканей, а также при работе иммунной системы организма.
Избирательная проницаемость
Основным свойством плазматической мембраны является избирательная проницаемость. Через нее проходят ионы, аминокислоты, глицерол и жирные кислоты, глюкоза. При этом клеточная мембрана пропускает одни вещества и задерживает другие.
Существует несколько видов механизмов транспорта веществ через клеточную мембрану:
- Диффузия,
- Осмос,
- Экзоцитоз,
- Эндоцитоз,
- Активный транспорт,
Диффузия и осмос не требуют энергетических затрат и осуществляются пассивно, остальные виды транспорта — это активные процессы, протекающие с потреблением энергии.
Такое свойство клеточной оболочки во время пассивного транспорта обусловлено наличием специальных интегральных белков. Такие белки-каналы пронизывают плазмолемму и образуют в ней проходы. Ионы кальция, калия и лора передвигаются по таким каналам относительно градиента концентрации.
Транспорт веществ
К основным свойствам плазматической мембраны относят также ее способность транспортировать молекулы разнообразных веществ.
Описаны следующие механизмы переноса веществ через плазмолемму:
- Пассивный — диффузия и осмос,
- Активный,
- Транспорт в мембранной упаковке,
Рассмотрим эти механизмы более подробно.
Пассивный
К пассивным видам транспорта относятся осмос и диффузия. Диффузией называется движение частиц по градиенту концентрации. В этом случае клеточная оболочка выполняет функции осмотического барьера. Скорость диффузии зависит от величины молекул и их растворимости в липидах. Диффузия, в свою очередь, может быть нейтральной (с переносом незаряженных частиц) или облегченной, когда задействуются специальные транспортные белки.
Осмосом называется диффузия через клеточную стенку молекул воды.
Полярные молекулы с большой массой транспортируются с помощью специальных белков — этот процесс получил название облегченной диффузии. Транспортные белки пронизывают клеточную мембрану насквозь и образуют каналы. Все транспортные белки подразделяются на каналообразующие и транспортеры. Проникновение заряженных частиц облегчается благодаря существованию мембранного потенциала.
Активный
Перенос веществ через клеточную оболочку против электрохимического градиента называется активным транспортом. Такой транспорт всегда происходит с участием специальных белков и требует энергии. Транспортные белки имеют специальные участки, которые связываются с переносимым веществом. Чем больше таких участков, тем быстрее и интенсивнее происходит перенос. В процессе переноса белок транспортер претерпевает обратимые структурные изменения, что и позволяет ему выполнять свои функции.
В мембранной упаковке
Молекулы органически веществ с большой массой переносятся через мембрану с образованием замкнутых пузырьков — везикул, которые образует мембрана.
Отличительной чертой везикулярного транспорта является то, что переносимые макрочастицы не смешиваются с другим молекулами клетки или ее органеллами.
Перенос крупных молекул внутрь клетки получил название эндоцитоза. В свою очередь, эндоцитоз подразделяется на два вида — пиноцитоз и фагоцитоз. При этом часть плазматической мембраны клетки образует вокруг переносимых частиц пузырек, называемый вакуолью. Размеры вакуолей при пиноцитозе и фагоцитозе имеют существенные различия.
В процессе пиноцитоза происходит поглощение клеткой жидкостей. Фагоцитоз обеспечивает поглощение крупных частиц, обломков клеточных органелл и даже микроорганизмов.
Экзоцитоз
Экзоцитозом принято называть выведение из клетки веществ. В таком случае вакуоли перемещаются к плазмолемме. Далее стенка вакуоли и плазмолемма начинают слипаться, а затем сливаться. Вещества, которые содержатся в вакуоли, перемещаются в окружающую среду.
Клетки некоторых простейших организмов имеют строго определенные участки для обеспечения такого процесса.
Как эндоцитоз, так и экзоцитоз протекают в клетке при участии фибриллярных компонентов цитоплазмы, которые имеют тесную непосредственную связь с плазмолеммой.