Клеточная мембрана: ее строение и функции

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА

Цитоплазматическая мембрана или плазмалемма (лат. membrana – кожица, плёнка) – тончайшая пленка (7–10нм), отграничивающая внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, видна только в электронный микроскоп.

По химической организации плазмалемма представляет липопротеидный комплекс – молекулы липидов и белков.

Её основу составляет липидный бислой, состоящий из фосфолипидов, кроме этого, в мембранах присутствуют гликолипиды и холестерол. Все они обладают свойством амфипатричности, т.е. у них есть гидрофильные («любящие воду») и гидрофобные («боящиеся воды») концы. Гидрофильные полярные «головки» липидных молекул (фосфатная группа) обращены кнаружи мембраны, а гидрофобные неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот) – друг к другу, что создает биполярный липидный слой. Молекулы липидов подвижны и могут перемещаться в своем монослое или редко – из одного монослоя в другой. Монослои липидов обладают ассиметричностью, т. е. отличаются по составу липидов, что придает специфичность мембранам даже в пределах одной клетки. Бислой липидов может находиться в состоянии жидкого или твердого кристалла.

Вторым обязательным компонентом плазмалеммы являются белки. Многие мембранные белки способны перемещаться в плоскости мембраны или вращаться вокруг своей оси, но не могут переходить с одной стороны бислоя липидов на другой.

Липиды обеспечивают основные структурные особенности мембраны, а белки – её функции.

Функции мембранных белков различны: поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окружающей среды, транспорт некоторых веществ, катализ реакций, происходящих на мембранах.

Различают несколько моделей строения цитоплазматической мембраны.

①. БУТЕРБРОДНАЯ МОДЕЛЬ(белки – липиды – белки)

В 1935г. английские ученые Даниэли и Даусон высказали идею о послойном расположении в мембранемолекул белков (темные слои в электронном микроскопе), которые залегают снаружи, и молекул липидов (светлый слой) – внутри. Длительное время существовало представление о едином трехслойном строении всех биологических мембран.

При детальном изучении мембраны с помощью электронного микроскопа оказалось, что светлый слой на самом деле представлен двумя слоями фосфолипидов – это билипидный слой, причем водорастворимые его участки – гидрофильные головки направлены к белковому слою, а нерастворимые (остатки жирных кислот) – гидрофобные хвосты обращены друг к другу.

Однако уже с середины 60-х годов начали накапливаться факты против унитарной «бутербродной» модели.

Функции

Кристы на внутренней оболочке митохондрий содержат дыхательные ферменты, а также ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Это – гарантия эффективного клеточного дыхания.

Пример

В сердечной мышце в несколько раз больше митохондрий, чем в ткани печени. Названные органеллы, находящиеся в клетках скелетных мышц, содержат во много раз больше крист, нежели митохондрии в тканях новорожденного ребенка.

Функции митохондрий в организме строго определены. Это:

• образование АТФ;
• обмен энергией с участием кислорода;
• белковый синтез (внутримитохондриальный, с использованием специфической ДНК и собственных рибосом);
• переработка жирных кислот и углеводов, происходящая на внешней мембране и находящейся по ее периметру гиалоплазме;
• цикл трикарбоновых кислот.

Функции пластид обеспечиваются их строением. Хлоропласты, имея ровную наружную оболочку и массу крист на внутренней, локализуют в себе пигментные вещества. Важнейшее из них – хлорофилл. Он зеленого цвета в отличие от оранжевого ксантофилла и каротина.

Внутри хлоропласта находится строма, которая необходима для темновых реакций: синтеза глюкозы. Для этого используется воды и СО₂. Строма содержит молекулы ДНК кольцевой формы, РНК, рибосомы и ферменты.

Пластиды также отнесены к полуавтономным органоидам, которые могут синтезировать белок. Способны делиться.

Исходя из вышеописанных особенностей строения ядра, схематически сформулировать его функции можно следующим образом:

1. Главная роль в хранении и передаче наследственной информации (в случае деления клетки).
2. Контроль синтеза белка, в результате чего регулируется вся жизнедеятельность клетки.
3. Образование субъединичных структур – рибосом.

Функции наружной мембраны клетки

Характеристики функций кратко перечислены в таблице:

Функция мембраны	Описание
Барьерная роль	Плазмолемма выполняет защитную функцию, предохраняя содержимое клетки от воздействия чужеродных агентов. Благодаря особой организации белков, липидов, углеводов, обеспечивается полупроницаемость плазмолеммы.
Рецепторная функция	Через клеточную мембрану происходит активация биологически активных веществ в процессе связывания с рецепторами. Так, иммунные реакции опосредуются через распознавание чужеродных агентов рецепторным аппаратом клеток, локализованным на клеточной мембране.
Транспортная функция	Наличие пор в плазмолемме позволяет регулировать поступление веществ внутрь клетки. Процесс переноса протекает пассивно (без затрат энергии) для соединений с низкой молекулярной массой. Активный перенос связан с затратами энергии, высвобождающейся при расщеплении аденозинтрифосфота (АТФ). Данный способ имеет место для переноса органических соединений.
Участие в процессах пищеварения	На клеточной мембране происходит осаждение веществ (сорбция). Рецепторы связываются субстратом, перемещая его внутрь клетки. Образуется пузырек, свободно лежащий внутри клетки. Сливаясь, такие пузырьки формируют лизосомы с гидролитическими ферментами.
Ферментативная функция	Энзимы, необходимые составляющие внутриклеточного пищеварения. Реакции, требующие участия катализаторов, протекают с участием ферментов.

Виды

Описание внутреннего содержимого эукариотической клетки чаще начинают с ядра. Однако одномембранные компоненты не менее важны.

Аппарат Гольджи

Определение

Аппарат Гольджи — взамосвязанные мембранные цистерны уплощенной формы, за которыми закреплены задачи по гликозированию белков, необходимых для построения мембраны либо прочих нужд организма.

Гликозировние — сортировка и модификация существующих белков.

Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединённых трубками стопок.

Вакуоли

Растительные клетки богаты вакуолями больше, чем животные. В них часто имеется одна большая вакуоль, содержимое которой называют клеточным соком, а для мембраны введен специальный термин — тонопласт. По своему объему она может занимать до 90% пространства клетки.

Вакуоли в животных клетках не занимают более 5% общего объема, а присутствуют иногда вовсе временно.

Содержимое вакуолей всегда имеет конкретный состав. Благодаря своему наполнению, в том числе водой, они поддерживают постоянным тургор клетки, а также обеспечивают ее питательными веществами, микроэлементами.

Существуют следующие разновидности:

• пищеварительные;
• автофагические;
• сократительные.

Благодаря своему химическому содержимому, пищеварительные могут разрушать молекулы органических веществ, а сократительные — выводить наружу клетки ненужные продукты распада.

Лизосомы

Определение

Лизосома — внутриклеточный элемент, имеющий форму пузырька, внутри которого содержатся гидролитические ферменты.

Лизосомы способны к расщеплению белков, жиров, углеводов, как простых, так и сложных. Их особенностью является высокий показатель кислотности внутреннего содержимого. Это обеспечивается ферментом АТФ-синтетазой.

Биология разделяет лизосомы на:

1. Первичные — их можно назвать производными комплекса Гольджи (они образовались путем отпочкования от этой структурной единицы).
2. Вторичные, имеющие в своей основе первичные, соединились с вакуолями.

Эндоплазматическая сеть

Определение

Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) — система мембран, которая образовалась из цистерн, изолированных от гиалоплазмы.

Существуют деление ЭПС на два вида:

1. Гладкая — место расположения ферментов, занимающихся синтезом белков.
2. Шероховатая — служит местом деятельности рибосом. Для них определена наружная часть, контактирующая с цитоплазмой. Рибосомы синтезируют белки, которые либо остаются в ретикулуме либо используются в построении мембраны.

Выполнять свои функции одномембранные элементы могут благодаря особенностям своего строения.

Строение и функции базальной мембраны

Базальные мембраны образуются в результате деятельности как клеток эпителия, так и клеток подлежащей соединительной ткани. Базальная мембрана имеет толщину около 1 мкм и состоит из двух пластинок: светлой (lamina lucida) и темной (lamina densa). Светлая пластинка включает аморфное вещество, относительно бедное белками, но богатое ионами кальция.
Темная пластинка имеет богатый белками аморфный матрикс, в который впаяны фибриллярные структуры (такие как коллаген IV типа), обеспечивающие механическую прочность мембраны.
Гликопротеины базальной мембраны — фибронектин и ламинин — выполняют роль адгезивного субстрата, к которому прикрепляются эпителиоциты.
Ионы кальция при этом обеспечивают связь между адгезивными гликопротеинами базальной мембраны и полудесмосомами эпителиоцитов.

Кроме того, гликопротеины базальных мембран индуцируют пролиферацию и дифференцировку эпителиоцитов при регенерации эпителия.

Наиболее прочно клетки эпителия связаны с базальной мембраной в области полудесмосом. Здесь от плазмолеммы эпителиоцитов через светлую пластинку к темной пластинке базальной мембраны проходят «якорные» филаменты. В этой же области, но со стороны подлежащей соединительной ткани в темную пластинку базальной мембраны вплетаются пучки «заякоривающих» фибрилл коллагена VII типа, обеспечивающих прочное прикрепление эпителиального пласта к подлежащей ткани.

Функции базальной мембраны:

1. механическая (закрепление эпителиоцитов),
2. трофическая и барьерная (избирательный транспорт веществ),
3. морфогенетическая (обеспечение процессов регенерации и ограничение возможности инвазивного роста эпителия).

Строение клеточной мембраны

Клеточная мембрана состоит из липидов

• Фосфолипиды (комбинация жиров и фосфора)
• Гликолипиды (комбинация жиров и углеводов)
• Холестерол

Фосфолипиды и гликолипиды состоят из гидрофильной головки и двух длинных гидрофобных хвостиков.

 Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

Внутри клеточной мембраны находятся разнообразные белки. Их окружают аннулярные липиды (структурированные жиры, оберегают белок и помогают ему функционировать).

Что такое супердиффузионные мембраны

Диффузионная мембрана – это специальный материал, имеющий двух-, трех- или даже четырехслойную структуру, основу которого составляет нетканый холст. Диффузионные мембраны применяют для защиты утепляющего слоя от проникновения в его толщу испарений. Также, диффузионные мембраны являются превосходной защитой от воды и ветра. При создании крыши, в полном объеме соответствующей всем современным требованиям, каждый застройщик обязательно столкнется с таким понятием, как «кровельный пирог». Для того чтобы крыша выполняла все возложенные на нее функции в течение всего срока эксплуатации, кроме основного кровельного покрытия, необходимо использовать некоторые дополнительные материалы, к числу которых относятся супердиффузионные мембраны. Супердиффузионные мембраны можно использовать при создании кровельного пирога в любой климатической зоне нашей страны. Роль этого дополнительного слоя чрезвычайно важна, так именно его присутствие позволяет снизить силу неблагоприятных воздействий, вызванных экстремальными погодными условиями, а также нивелировать недочеты и ошибки, возникшие в ходе неправильного монтажа кровли. 

Различия между ядерными мембранами в растительных и животных клетках

О ядерных мембранах клеток животных и дрожжей известно гораздо больше, чем растительных клеток, но благодаря последним исследованиям разрыв в знаниях уменьшается. Растительным ядерным мембранам не хватает многих белков, которые находятся на ядерных мембранах клеток животных, но у них есть другие белки поровой мембраны, которые являются уникальными для растений. Животные клетки имеют центросомы, структуры, которые помогают организовать ДНК, когда клетка готовится к делению; растения не имеют этих структур и, по-видимому, полностью полагаются на ядерную мембрану для организации во время клеточного деления. С дальнейшими исследованиями ученые могут лучше понять уникальность растительная клетка ядерные мембраны.

• цитоплазма – весь материал в клетке, исключая ядро.
• ядро – центральная структура в клетке, которая содержит генетический материал клетки.
• Липидный бислой – двойной слой липидных молекул; наружная клеточная мембрана и ядерная оболочка состоят из липидного бислоя.
• рибосома – структура в клетке, которая делает белки. Некоторые рибосомы прикреплены к внешней части ядерной оболочки.

Химический состав и строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, окружая каждую клетку, отделяет ее содержимое от внеклеточного пространства. В состав мембраны входят липиды, белки и углеводы. Основой плазмалеммы является двойной слой из фосфолипидов. Молекула фосфолипида имеет небольшую гидрофильную «головку» (остатки глицерина, ортофосфорная кислота и дополнительные соединения) и два (реже один) длинных гидрофобных «хвоста» (остатки жирных кислот). Гидрофобные части молекул объединяются с другими гидрофобными соединениями, а гидрофильные — с гидрофильными, формируя двойные слои, как показано на рисунке.

Схема расположения фосфолипидов в мембране клетки

В каждом слое гидрофильные «головки» молекул обращены к водной среде (внеклеточное пространство или цитоплазма), а их «хвосты» ориентированы внутрь толще мембраны. Такую структуру имеют все биологические мембраны, в том числе и внутриклеточных органелл.

Кроме фосфолипидов в состав плазматической мембраны входят другие липиды (в частности, холестерол) и значительное количество белков (до 50% от массы мембраны). Поскольку белковые молекулы по размеру больше, чем фосфолипидные, на один белок в составе мембраны приходится около 50 фосфолипидов. В зависимости от функций клетки количество и состав мембранных белков существенно различаются. По расположению в мембране разделяют белки, пронизывающие толщу мембраны (внутренние или интегральные) и такие, которые размещены с внутренней или внешней стороны мембраны (внешние или периферийные). Мембранные белки могут соединяться с углеводами (вспомните, как они называются) как на иллюстрации ниже.

Схема строения плазматической мембраны

Такая модель строения биологических мембран получила название жидкостно-мозаичной: большинство липидов мембраны находятся в жидком состоянии и лишь около 30% липидов прочно соединены с внутренними белками в комплексные соединения.

С плазматическими мембранами связан надмембранный комплекс — набор структур, расположенных снаружи клеток.

Надмембранный комплекс животных клеток представляет собой углеводороды части гликопротеинов и гликолипидов мембран, образующих наружный слой клетки — гликокаликс, который  выполняет рецепторную и маркерную функции, а также участвует в обеспечении избирательности транспорта веществ и пристеночном (примембранном) пищеварении.

У бактерий, растений и грибов надмембранный комплекс представлен клеточной стенкой — жестким каркасом, окружающим клетки. Клеточные стенки разных организмов имеют разную химическую природу. Вы уже знаете, что основным веществом стенок растительных клеток является целлюлоза. У грибов эта структура сформирована другим полисахаридом — хитином. Бактериальные клетки окружены стенками из пептидогликана  (также известный как муреин) — вещества сложной химической природы (содержит короткие пептиды и остатки углеводов).

Функции

В зависимости от расположения и особенностей все мембраны выполняют собственные функции, тем не менее по выполняемой работе они сходны.

Роль плазмалеммы:

1. Барьерная. Эта функция является основной и выполняется всеми видами клеточных мембран. Особенно она важна для наружной оболочки: благодаря ей клетка поддерживает форму, гомеостаз, стабильность внутреннего содержимого, целостность.
2. Транспортная. Второе важнейшее назначение — активный и пассивный перенос веществ изнутри клетки в наружную среду и обратно. Механизмы этого переноса самые разнообразные, транспорт может происходить как через каналы, образуемые пронизывающими молекулами белков, так и с помощью переносчиков. Также различают пассивное (по градиенту концентрации, например диффузия газов), и активное (против градиента, с затратой выработанной клеткой энергии).
3. Рецепторная. Эта роль возложена на пронизывающие белки, которые особым образом связаны с углеводными цепочками (гликополисахаридами). Образовавшиеся таким образом рецепторы, которые по своему строению и являются гликопротеидами, образуют комплекс с гормонами, затем активируются катализаторы, и такая система запускает механизмы поступления или вывода различных веществ.
4. Обмен информацией. Способность клетки контактировать оболочками, обмениваясь друг с другом информацией сродни рецепторным реакциям. Благодаря им происходит стимуляция роста или торможения и иные физиологические процессы. Такой контакт может быть механическим (простое или замковое смыкание оболочек) и при помощи специальных образований — синапсов. Передающиеся через синапсы сигналы могут быть как механическими, так и электрическими.
5. Энергетическая. Плазмалемма митохондрий и пластид (хлоропластов) отвечает за синтез аденозинтрифосфорной кислоты — аккумулятора клеточной энергии.

Особо следует отметить эндо- и экзоцитоз. Вследствие этих мембранных механизмов в клетку могут поступать не только целые молекулы больших размеров, но и неизмененные, сторонние клетки. Примером эндоцитоза (обволакивания крупных частиц или капель жидкости, втягивание внутрь цитоплазмы и дальнейшая химическая дезактивация) может служить поглощение вредных и чужеродных молекул лейкоцитами.

Экзоцитоз — обратный транспорт. Благодаря ему ненужные, отработанные вещества окружаются плазмалеммами и выносятся наружу через поры.

Такое множество функций и разнообразие реакций, происходящих как внутри, так и снаружи плазмалеммы, возможно за счет их упорядоченного физико-химического строения.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Строение эндоплазматической сети

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.

Функция ядерной мембраны

Ядерная мембрана является барьером, который физически защищает ДНК клетки от химических реакций, происходящих в других местах клетки. Если молекулы, которые остаются в цитоплазма если бы они проникли в ядро, они могли бы разрушить часть ДНК клетки, что помешало бы ей функционировать должным образом и могло даже привести к гибели клетки. Оболочка также содержит сеть белков, которые удерживают генетический материал внутри ядра.

Он также управляет тем, какие материалы могут входить и выходить из ядра. Это достигается за счет избирательной проницаемости. Только определенные белки могут физически проходить через двойной слой. Это защищает генетическую информацию от смешения с другими частями клетки и позволяет различным клеточным активностям происходить внутри ядра и вне ядра в цитоплазме, где расположены все другие клеточные структуры.

Части ядерной мембраны

Ядерная мембрана окружает ядро ​​клетки.

Внешняя мембрана

Словно клеточная мембрана ядерная мембрана липидный бислой Это означает, что он состоит из двух слоев молекул липидов. Внешний слой липидов имеет рибосомы, структуры, которые делают белки, на его поверхности. Это связано с эндоплазматическая сеть клеточная структура, которая упаковывает и транспортирует белки.

Внутренняя мембрана

Внутренняя мембрана содержит белки, которые помогают организовать ядро ​​и привязать генетический материал к месту. Эта сеть волокон и белков, прикрепленных к внутренней мембране, называется ядерной пластинкой. Он структурно поддерживает ядро, играет роль в восстановлении ДНК и регулирует события в клеточный цикл такие как деление клеток и репликация ДНК. Ядерная пластинка обнаруживается только в клетках животных, хотя растительные клетки могут иметь некоторые похожие белки на внутренней мембране.

Ядерные поры

Ядерные поры проходят через внешнюю и внутреннюю мембраны ядерной мембраны. Они состоят из больших комплексов белков и позволяют определенным молекулам проходить через ядерную мембрану. Каждая ядерная пора состоит из около 30 различных белков, которые работают вместе для транспортировки материалов. Они также соединяют внешнюю и внутреннюю мембраны.

Во время клеточного деления в ядерной мембране образуется больше ядерных пор при подготовке к клеточному делению. Ядерная мембрана в конце концов разрушается и реформируется вокруг ядер каждого из двух дочерние клетки.

На рисунке ниже показан крупный план ядерных пор:

Избирательная проницаемость[править]

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

Как происходит питание клетки через клеточную мембрану?

Многие клетки поглощают вещества посредством таких процессов, как фагоцитоз и пиноцитоз. При первом варианте гибкой наружной мембраной создается маленькое углубление, в котором оказывается захватываемая частица. Затем диаметр углубления становится больше, пока окруженная частица не попадет в клеточную цитоплазму. Посредством фагоцитоза подпитываются некоторые простейшие, например амебы, а также кровяные тельца — лейкоциты и фагоциты. Аналогичным образом клетки поглощают жидкость, которая содержит необходимые полезные вещества. Такое являние носит название пиноцитоз.

Наружная мембрана тесно соединена с эндоплазматической сетью клетки.

У многих типов основных составляющих ткани на поверхности мембраны расположены выступы, складки, микроворсинки. Растительные клетки снаружи этой оболочки покрыты еще одной, толстой и отчетливо различимой в микроскоп. Клетчатка, из которой они состоят, помогает формировать опору тканям растительного происхождения, например, древесину. Клетки животных также обладают рядом внешних структур, которые находятся поверх клеточной мембраны. Они носят исключительно защитный характер, пример тому – хитин, содержащийся в покровных клетках насекомых.

Помимо клеточной, существует внутриклеточная мембрана. Ее функция заключается в разделении клетки на несколько специализированных замкнутых отсеков – компартментов или органелл, где должна поддерживаться определенная среда.

Таким образом, невозможно переоценить роль такой составляющей основной единицы живого организма, как клеточная мембрана. Строение и функции предполагают значительное расширение общей площади поверхности клетки, улучшение обменных процессов. В состав этой молекулярной структуры входят белки и липиды. Отделяя клетку от внешней среды, мембрана обеспечивает ее целостность. С ее помощью межклеточные связи поддерживаются на достаточно крепком уровне, образовывая ткани. В связи с этим можно сделать вывод, что одну из важнейших ролей в клетке играет клеточная мембрана. Строение и функции, выполняемые ею, радикально отличаются в различных клетках, в зависимости от их предназначения. Посредством этих особенностей достигается разнообразие физиологической активности клеточных оболочек и их ролей в существовании клеток и тканей.

Одномембранные органоиды клетки — описание

Функционирование клетки обусловлено набором органелл, которые располагаются в ее гиалоплазме. Поскольку каждая из них имеет строго определенные функции, они различаются по строению, форме, наличию структурных элементов. Особенно важны те клетки, которые представляют одноклеточный организм. Существование органелл обуславливается элементом, ограничивающим внутреннее содержание клетки от внешней среды. Это — клеточная мембрана. Каждый органоид имеет свою оболочку, по особенностям которой определяют принадлежность к одно-, дву- и безмембранным вариантам.

К одномембранным органоидам относятся:

• эндоплазматическая сеть (ЭПС);
• комплекс (аппарат) Гольджи;
• лизосомы;
• вакуоли;
• секреторные пузырьки и пероксисомы.

Каждая из этих структур несет свою функциональную нагрузку, имеет особенности строения. Их объединяет закономерность строения мембраны.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Эволюционная теория происхождения этих элементов заключается в отграничении части клеточного содержания путем впячивания клеточной мембраны. После того, как впячиваемая часть замкнулась, произошло ее отпочкование. При этом осталась нерушимой взаимосвязь между образовавшимися пузырьками, благодаря которой они «обмениваются» своим содержимым. Существует общее название для такой системы — вакуолярная. В то же время каждый элемент имеет свое название.

Примечание

Оболочка главного клеточного элемента — ядра — с учетом механизма образования также является звеном системы вакуолей — цистерной ЭПС. Однако она имеет две мембраны. На наружной можно при цитологических исследованиях обнаружить рибосомы (сходство с ЭПС), на внутренней — элементы, взаимодействующие с ДНК-аппаратом.

В справочной литературе можно встретить утверждение, что одномембранными структурами являются органы движения клеток — жгутики и реснички.

Строение клеточной мембраны

Клеточная мембрана содержит углеводы, которые покрывают ее, в виде гликокаликса. Это надмембранная структура, которая выполняет барьерную функцию. Белки, расположенные здесь, находятся в свободном состоянии. Несвязанные протеины участвуют в ферментативных реакциях, обеспечивая внеклеточное расщепление веществ.

Белки цитоплазматической мембраны представлены гликопротеинами. По химическому составу выделяют протеины, включенные в липидный слой полностью (на всем протяжении), – интегральные белки. Также периферические, не достигающие одной из поверхностей плазмолеммы.

Первые функционируют как рецепторы, связываясь с нейромедиаторами, гормонами и другими веществами. Вставочные белки необходимы для построения ионных каналов, через которые осуществляется транспорт ионов, гидрофильных субстратов. Вторые являются ферментами, катализирующими внутриклеточные реакции.

Основные сведения[править]

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных, бактериальных и грибных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») части. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7—8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погружённые одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

Структура плазменной мембраны

Белки

Белки вклиниваются между липидами, которые составляют мембрану, и эти трансмембранные белки позволяют молекулам, которые иначе не могли бы проникнуть в клетку, образовать каналы, поры или ворота. Таким образом, клетка контролирует поток этих молекул, когда они входят и выходят. Белки в клеточной мембране играют роль во многих других функциях, таких как клеточная сигнализация, распознавание клеток и активность ферментов.

углеводы

Углеводы также находятся в плазматической мембране; в частности, большинство углеводов в мембране являются частью гликопротеинов, которые образуются, когда углевод присоединяется к белку. Гликопротеины играют роль во взаимодействиях между клетками, включая клетки адгезия процесс, посредством которого клетки прикрепляются друг к другу.

Жидкая мозаичная модель

Технически клеточная мембрана представляет собой жидкость. При комнатной температуре он имеет примерно такую ​​же консистенцию, что и растительное масло. Липиды, белки и углеводы в плазматической мембране могут свободно диффундировать через клеточную мембрану; они по существу плавают по всей его поверхности. Это известно как модель жидкой мозаики, который был придуман S.J. Певец и Г. Л. Николсон в 1972 году.

• Клеточная стенка – Структура, которая окружает плазматическую мембрану клеток растений и грибов и обеспечивает дополнительную поддержку этим клеткам.
• фосфолипидов – а молекула который образует характерный двойной слой плазматической мембраны.
• Полупроницаемые – пропускание только определенных молекул из-за химических свойств мембраны.
• Жидкая мозаичная модель – модель, которая описывает состав плазматической мембраны и то, как фосфолипиды, белки и углеводы свободно перемещаются в ней.

Исследования

Различные гипотезы строения клеточных мембран предлагались с 1902 года, когда было замечено, что липиды и некоторые другие органические вещества довольно легко проникают в цитоплазму.

Далее ход исследований можно разбить на этапы:

1. В 1925 году было проведено экстрагирование липидов из эритроцитов и измерена площадь мономолекулярной пленки. Таким образом, впервые Гортер и Грендел показали, что мембраны структурно организованы в виде бимолекулярного слоя.
2. 1935 г. — Даниэлли и Давсон показали миру модель бутерброда, согласно которой плазмалемма имела три слоя (ломтики-пластинки белков с липидами с двух сторон и посередине пустота). Эта теория с успехом просуществовала до 1950 года, мало того, ее правомерность доказали при изобретении электронного микроскопа.
3. 1960 г. — Дж. Робертсон окончательно сформулировал гипотезу трехслойной мембраны. Но каким образом происходит активный транспорт веществ через такую структуру, ученый внятно показать не смог.
4. 1972 г. — сформирована жидкомозаичная модель, согласно которой плазмалемма имеет билипидное строение.

С этого года жидкомозаичная концепция строения мембран оставалась без особых изменений и только дополнялась исследованиями, проводящимися с помощью новейших научных методов — рентгено-структурного анализа, электронно-микроскопического исследования, метода замораживание-скол-травление и других.

Строение клеточной мембраны

Толщина этой подвижной оболочки варьируется в пределах от шести до десяти наномиллиметров. Клеточная мембрана клетки имеет особый состав, основой которого служит липидный бислой. Гидрофобные хвосты, инертные к воде, размещены с внутренней стороны, в то время как гидрофильные головки, взаимодействующие с водой, обращены наружу. Каждый липид представляет фосфолипид, который является результатом взаимодействия таких веществ, как глицерин и сфингозин. Липидный каркас тесно окружают белки, которые расположены несплошным слоем. Некоторые из них погружены в липидный слой, остальные проходят сквозь него. В результате этого образуются проницаемые для воды участки. Выполняемые этими белками функции различны. Некоторые из них являются ферментами, остальные — транспортными белками, которые переносят различные вещества из внешней среды на цитоплазму и обратно.

Клеточная мембрана насквозь пронизана и тесно связана интегральными белками, а с переферическими связь менее прочная. Эти белки выполняют важную функцию, которая заключается в поддержании структуры мембраны, получении и преобразовании сигналов из окружающей среды, транспорте веществ, катализации реакций, которые происходят на мембранах.