Плазматическая мембрана: функции, строение

Что такое клеточная мембрана

Клеточная мембрана — это биологическая мембрана, которая отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды. Клеточная мембрана также называется плазматическая мембрана а также цитоплазматическая мембрана, Он избирательно проницаем для таких веществ, как ионы и органические молекулы. Клеточная мембрана поддерживает постоянную среду внутри протоплазмы, контролируя проникновение веществ внутрь и наружу клетки. Это также защищает клетку от окружающей среды.

Структура клеточной мембраны

Структура мембраны описывается моделью жидкостной мозаики. Клеточная мембрана состоит из липидного бислоя со встроенными в него белками. Липидный бислой рассматривается как двумерная жидкость, в которой молекулы липида и белка более или менее легко диффундируют в нем. Образуется при самосборке липидных молекул. Эти липиды являются амфипатическими фосфолипидами. Их гидрофобные «хвостовые» области скрыты от окружающей воды или гидрофильной среды двухслойной структурой. Таким образом, гидрофильные головки взаимодействуют с внутриклеточными / цитозольными или внеклеточными лицами. Благодаря этому образуется непрерывный сферический липидный бислой. Следовательно, гидрофобные взаимодействия рассматриваются как основные движущие силы для образования липидного бислоя.

Структура липидного бислоя предотвращает проникновение полярных растворенных веществ в клетку. Но пассивная диффузия неполярных молекул разрешена. Следовательно, трансмембранные белки функционируют либо как поры, каналы или ворота для диффузии полярных растворенных веществ. Фосфатидилсерин концентрируется на мембране, чтобы создать дополнительный барьер для заряженных молекул.

Мембранные структуры, такие как подосома, кавеола, очаговая адгезия, инвадоподиум и различные типы клеточных соединений, присутствуют в мембране. Это называется «supramembrane”Структуры, которые обеспечивают связь, клеточную адгезию, экзоцитоз и эндоцитоз. Под клеточной мембраной цитоскелет находится в цитоплазме. Цитоскелет обеспечивает леса для закрепления мембранных белков. Подробная схема клеточной мембраны показана на Рисунок 1. 

Рисунок 1: Подробная схема клеточной мембраны

Состав клеточной мембраны

Клеточная мембрана в основном состоит из липидов и белков. В клеточной мембране можно найти три класса амфипатических липидов: фосфолипиды, гликолипиды и стеролы. Фосфолипиды являются наиболее распространенным типом липидов среди них. Холестерин обнаружен диспергированным по всей мембране в клетках животных.

Липосомы найдены ли липидные везикулы в клеточной мембране; они заключены в круглые карманы липидным бислоем. Углеводы можно найти в виде гликопротеинов и гликолипидов. 50% клеточной мембраны состоит из белков. Белки могут быть обнаружены в мембране трех типов: цельные или трансмембранные белки, закрепленные на липидах белки и периферические белки.

Функция клеточной мембраны

Клеточная мембрана физически отделяет цитоплазму от ее внеклеточной среды. Он также закрепляет цитоскелет, обеспечивая форму клетки. С другой стороны, клеточная мембрана прикрепляется к другим клеткам ткани, обеспечивая механическую поддержку клетки.

Клеточная мембрана избирательно проницаема, регулируя постоянную внутреннюю среду для функционирования клетки. Движение через клеточную мембрану может происходить как при пассивной, так и при активной диффузии. Четыре клеточных механизма могут быть идентифицированы в клеточной мембране. Небольшие молекулы, такие как углекислый газ, кислород и ионы, перемещаются через мембрану путем пассивного осмоса и диффузии. Питательные вещества, такие как сахар, аминокислоты и метаболиты, перемещаются пассивно через трансмембранные белковые каналы. Аквапорины являются своего рода белковыми каналами, которые транспортируют воду путем облегченной диффузии. Поглощение молекул в клетку путем их поглощения называется эндоцитозом. Твердые частицы поглощаются фагоцитозом, а небольшие молекулы и ионы поглощаются пиноцитозом. Некоторые непереваренные остатки удаляются из клетки путем инвагинации и образования пузырька. Этот процесс называется экзоцитозом.

Другие функции мембраны

По­ми­мо пе­ре­чис­лен­ных выше мем­бра­на вы­пол­ня­ет также ме­та­бо­ли­че­скую и энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щую функ­цию.

Ме­та­бо­ли­че­ская функ­ция

Био­ло­ги­че­ские мем­бра­ны прямо или кос­вен­но участ­ву­ют в про­цес­сах ме­та­бо­ли­че­ских пре­вра­ще­ний ве­ществ в клет­ке, по­сколь­ку боль­шин­ство фер­мен­тов свя­за­ны с мем­бра­на­ми.

Ли­пид­ное окру­же­ние фер­мен­тов в мем­бране со­зда­ет опре­де­лен­ные усло­вия для их функ­ци­о­ни­ро­ва­ния, на­кла­ды­ва­ет огра­ни­че­ния на ак­тив­ность мем­бран­ных бел­ков и таким об­ра­зом ока­зы­ва­ет ре­гу­ля­тор­ное дей­ствие на про­цес­сы ме­та­бо­лиз­ма.

Энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щая функ­ция

Важ­ней­шей функ­ци­ей мно­гих био­мем­бран слу­жит пре­вра­ще­ние одной формы энер­гии в дру­гую.

К энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щим мем­бра­нам от­но­сят­ся внут­рен­ние мем­бра­ны ми­то­хон­дрий, ти­ла­ко­и­ды хло­ро­пла­стов (см. Рис. 12).

Рис. 12. Ми­то­хон­дрия и хло­ро­пласт

 источник конспекта -http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-kletki-kletochnaya-membrana?seconds=0&chapter_id=98

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=b20prXGMWTI

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=92P9KPolJNU

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=eEVlPQLIs0U

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=eaWiCILxsVM

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=tSvhkZOuTrA

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=tlNX1zWiC40

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=w04rilTkJfg

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=r6e62gWd1wo

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=XISKZxKS3r0

источник презентации — http://www.myshared.ru/slide/download/

Ткани

Клетки могут существовать по одной, как в одноклеточных организмах, но чаще всего они объединяются в группы себе подобных и образуют различные тканевые структуры, из которых и состоит организм. В теле человека существует несколько видов тканей:

• эпителиальная – сосредоточена на поверхности кожных покровов, органов, элементов пищеварительного тракта и дыхательной системы,
• мышечная мы двигаемся благодаря сокращению мышц нашего тела, осуществляем разнообразные движения: от простейшего шевеления мизинцем, до скоростного бега. Кстати, биение сердца тоже происходит за счёт сокращения мышечной ткани,
• соединительная ткань составляет до 80 процентов массы всех органов и играет защитную и опорную роль,
• нервная образует нервные волокна. Благодаря ей по организму проходят различные импульсы.

Соединительная ткань

Функции клеточной мембраны

Клеточная мембрана обладает целым рядом функций. Погруженные в нее белки выполняют ферментативную функцию. Часто они располагаются в определенной последовательности для того, чтобы продукты катализа последовательно переходили от одной молекулы к другой. Образуется конвейер, который стабилизируют поверхностные белки, т. к. не дают ферментам плавать вдоль липидного бислоя.

Клеточная мембрана также выполняет барьерную функцию. Она ограничивает содержимое клетки от окружающей среды, а также транспортную функцию. Цитоплазматическая мембрана обладает высокой степенью прочности и свойством избирательной проницаемости, а также поддерживает постоянство состава внутренней среды организма. Такие многогранные свойства обусловлены необходимостью высокой степени адаптации клеток животных к различным изменениям окружающей среды.

При этом мембранный транспорт может проходить различными способами.

Активный транспорт происходит при наличии в мембране специализированных каналов. Такой вид транспорта протекает против градиента концентрации и с высокими затратами энергии. В нем участвуют белки – переносчики. Эта энергия получается клеткой при распаде молекул АТФ.

Пассивный транспорт протекает в разных концентрациях (из области высокой концентрации в низкую). При этом отсутствуют затраты энергии. Такой путь называют диффузией. Она может быть представлена в облегченном и стандартном видах.

Облегченная диффузия реализуется благодаря специфическим белкам – переносчикам. Это становится возможным благодаря наличию различных белковых конформаций. Как правило, в этом процессе участвует один или несколько белков.

Также существует транспорт веществ внутри клетки, который косвенно зависит от строения цитоплазматической мембраны или от возможности пропускания ею ряда веществ. Такой транспорт также зависит от наличия в ядре специфических отверстий или пор. Через цитоплазму данные вещества могут контактировать с клеточной мембраной, поддерживая обмен веществ в элементарной живой системе.

Также пассивный транспорт осуществляется по белкам – каналам. Они образуют водные поры, которые открыты в какой – либо период времени. По этим каналам белки могут транспортироваться из одной клетки в другую. Периодичность транспортировки обеспечивает точность обмена веществ между клетками.

Также мембрана может выполнять рецепторную функцию. На ее внешней стороне расположены структуры, распознающие химический и физический раздражитель. В основном это гликопротеиды, но могут быть и другие химические вещества.

Также рецепторную функцию клеточных мембран изучают на основе гормонов, а именно инсулина. Инсулин связывается с рецептором гликопротеидом и формируется активация каталитической внутриклеточной части данного белка.

Определение 2

Инсулин – это гормон, повышающий уровень сахара в крови человека и высших животных. Является производным поджелудочной железы.

При этом рецепторная функция цитоплазматической мембраны заключается в том, чтобы распознать соседние однотипные клетки. Внутри ткани существуют межклеточные контакты, которые помогают клеткам обмениваться между собой информацией при наличии синтезируемых низкомолекулярных веществ. Одним из примеров подобного взаимодействия является контактное торможение, когда клетки прекращают рост, получив информацию, что свободное пространство занято.

Таким образом, клеточная мембрана является весьма важной клеточной структурой, которая выполняет многочисленные функции. Она позволяет осуществлять целый ряд межклеточных контактов и передавать информацию между клетками внутри какой – либо живой ткани, органа, целостного живого организма

Предназначение диффузионных мембран

Основное предназначение супердиффузионных мембран для кровли является обеспечение защиты от проникновения внутренней и наружной влаги внутрь теплоизоляционного слоя. Источниками этой влаги могут быть внутренние испарения и атмосферные осадки. Кроме этого, расположенная в кровельном покрытии диффузионная мембрана обеспечивает эффективные условия отвода уже накопившейся в силу тех или иных причин влаги. Супердиффузионную мембрану можно с полной уверенностью назвать одной из важнейших составляющих теплоизоляционного контура, так как она косвенным образом способствует снижению потерь тепловой энергии. Бережливый хозяин собственного дома, знающий толк в экономии, никогда не будет раздумывать о необходимости или отсутствии таковой при принятии решения о покупке и последующей установке диффузионной мембраны. Тем более, что стоимость этого материала на современном рынке строительных материалом можно с уверенностью назвать чисто символической. 

Процесс воспроизводства

На протяжении всей жизни организма происходит митоз – так называют процесс деления, состоящий из четырёх стадий:

1. Профаза. Две центриоли клетки делятся и направляются в противоположные стороны. Одновременно с этим хромосомы образуют пары, а оболочка ядра начинает разрушаться.
2. Вторая стадия получила название метафазы. Хромосомы располагаются между центриолями, постепенно внешняя оболочка ядра полностью исчезает.
3. Анафаза является третьей стадией, на протяжении которой продолжается движение центриолей в противоположном друг от друга направлении, а отдельные хромосомы также следуют за центриолями и отодвигаются друг от друга. Начинает сжиматься цитоплазма и вся клетка.
4. Телофаза – окончательная стадия. Цитоплазма сжимается до тех пор, пока не появятся две одинаковые новые клетки. Формируется новая мембрана вокруг хромосом и появляется одна пара центриолей у каждой новой клетки.

Интересно! Клетки у эпителия делятся быстрее, чем у костной ткани. Все зависит от плотности тканей и других характеристик. Средняя продолжительность жизни основных структурных единиц составляет 10 дней.

Строение клетки

https://youtube.com/watch?v=PcM3WwpayuE

Строение клетки. Строение и функции клетки. Жизнь клетки.

Биологическая мембрана. Строение

Тер­мин «мем­бра­на» был пред­ло­жен около ста лет назад для обо­зна­че­ния гра­ниц клет­ки, но с раз­ви­ти­ем элек­трон­ной мик­ро­ско­пии стало ясно, что кле­точ­ная мем­бра­на вхо­дит в со­став струк­тур­ных эле­мен­тов клет­ки.

В 1959 году Дж. Д. Ро­берт­сон сфор­му­ли­ро­вал ги­по­те­зу о стро­е­нии эле­мен­тар­ной мем­бра­ны, со­глас­но ко­то­рой кле­точ­ные мем­бра­ны жи­вот­ных и рас­те­ний по­стро­е­ны по од­но­му и тому же типу.

В 1972 году Син­ге­ром и Ни­кол­со­ном была пред­ло­же­на жид­кост­но-мо­за­ич­ная мо­дель мем­бра­ны, ко­то­рая в на­сто­я­щее время яв­ля­ет­ся об­ще­при­знан­ной. Со­глас­но этой мо­де­ли ос­но­вой любой мем­бра­ны яв­ля­ет­ся двой­ной слой фос­фо­ли­пи­дов.

У фос­фо­ли­пи­дов (со­еди­не­ний, со­дер­жа­щих фос­фат­ную груп­пу) мо­ле­ку­лы со­сто­ят из по­ляр­ной го­лов­ки и двух непо­ляр­ных хво­стов (см. Рис. 3).

Рис. 3. Фос­фо­ли­пид

В фос­фо­ли­пид­ном бис­лое гид­ро­фоб­ные остат­ки жир­ных кис­лот об­ра­ще­ны внутрь, а гид­ро­филь­ные го­лов­ки, вклю­ча­ю­щие оста­ток фос­фор­ной кис­ло­ты, – на­ру­жу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Фос­фо­ли­пид­ный бис­лой

Фос­фо­ли­пид­ный бис­лой пред­став­лен как ди­на­ми­че­ская струк­ту­ра, ли­пи­ды могут пе­ре­ме­щать­ся, меняя свое по­ло­же­ние.

Двой­ной слой ли­пи­дов обес­пе­чи­ва­ет ба­рьер­ную функ­цию мем­бра­ны, не давая со­дер­жи­мо­му клет­ки рас­те­кать­ся, и пре­пят­ству­ет по­па­да­нию в клет­ку ток­си­че­ских ве­ществ.

Классификация липидов

Классификация липидов – спорный вопрос. Существуют разные типы деления этих веществ: по степени растворимости в воде и другим физико-химическим свойствам, по структурным и биосинтетическим особенностям

Мы не будем рассматривать полной классификации, обратим внимание только на те вещества, которые имеют важнейшее значение в биосистемах

В зависимости от состава липиды классифицируют на несколько групп. Различают простые и сложные липиды. Сложные липиды в отличие от простых имеют дополнительные нелипидные группы.

В настоящее время целесообразно руководствоваться следующей классификацией липидов:

• ацилглицеролы (нейтральные жиры) – моно-, ди- и триглицериды. Универсальные вещества всех организмов. Они могут вступать во все реакции, свойственные сложным эфирам. Самая значимая из них – реакция омыления. При омылении (гидролизе) из ацетилглицеролов образуется глицерол и соли жирных кислот (мыла). Омыление может быть ферментативным, кислотным или щелочным;
• диольные липиды;
• орнито- и лизинолипиды;
• воски;
• фосфолипиды (глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды);
• гликолипиды (гликозилдиацилглицериды, цереброзиды, олиго(поли)гликозилцерамиды, полипренилфосфатсахара);
• жирные кислоты;
• эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, простациклины, лейкотриены);
• стероиды (стеролы, стериды, стероидные гормоны, желчные кислоты, витамины группы D, кортикостероиды, стероидные гликозиды);
• терпены.

Функции плазматической мембраны

Белки плазматической мембраны выполняют различные функции, а это предопределяет соответствующие функции плазмалеммы: барьерную, транспортную, контактную, рецепторную и ферментативную.

Строение мембраны практически исключает диффузию через нее полярных молекул, в частности ионов. Поэтому плазматическая мембрана выполняет барьерную функцию. Однако через мембрану должна осуществляться транспортировка веществ как внутрь клетки, так и наружу. Это необходимо для снабжения клетки питательными веществами и выведения продуктов обмена.

Различают два типа транспортировки веществ: движение веществ, при котором не расходуется энергия АТФ, называется пассивным; движение, связанное с затратами энергии, называется активным. Самым простым вариантом пассивной транспортировки является простая диффузия (с места с большей концентрацией вещества в места с меньшей ее концентрацией). Таким образом сквозь мембрану проникают прежде всего неполярные молекулы

Так, из неорганических веществ через мембраны хорошо диффундируют кислород и углекислый газ — это имеет важное значение для клеточного дыхания, из органических веществ — стероидные вещества

Транспортировка через мембрану полярных веществ обеспечивают белковые молекулы-переносчики. Этот тип транспортировки играет важную роль в процессе возбудимости нервных и мышечных клеток и подобным процессам. Молекулы-переносчики необходимы для попадания в клетку глюкозы. Пассивное движение веществ с помощью молекул переносчиков называется облегченной диффузией, как она работает показано на рисунке:

Принцип работы внутреннего белка, транспортирующего глюкозу

Иногда необходимо транспортировать вещество с места с меньшей его концентрацией в места, где его концентрация больше. Этот процесс требует затрат энергии, а потому является активным. Примером может быть калий-натриевый насос (Na+К+ — насос):

Принцип работы калий-натриевого насоса

Он обеспечивает выход из клетки ионов натрия и поступления в нее из внеклеточного пространства ионов калия. Работа этого насоса обеспечивает нормальное функционирования клеток, поддерживая на определенном уровне концентрации ионов Na+ и K+ внутри и снаружи мембраны.

Особым типом активного транспорта является цитоз — перемещение веществ в составе мембранных пузырьков. Процесс вывода веществ из клетки в результате слияния везикул с плазматической мембраной называется экзоцитозом. Таким образом из клеток высвобождаются синтезированные в них ферменты, гормоны, медиаторы и др.

Процесс активного поступления твердых и жидких веществ из внешней среды внутрь клетки называется эндоцитозом. Различают пиноцитоз — поглощение жидкостей и фагоцитоз — поглощение вместе с жидкими веществами твердых частиц. Фагоцитоз играет важную роль в поглощении клетками иммунной системы чужеродных клеток и бактерий, а также в питании одноклеточных организмов.

Схемы процессов экзоцитоза (а) и эндоцитоза (б)

У многоклеточных организмов клетки связаны между собой. Такая связь обеспечивают белки, которые как бы «сшивают» две мембраны, формируя межклеточные контакты.

Рецепторная функция заключается в способности реагировать на химические вещества, изменяя при этом функционирование клеток. Источниками таких биологически активных веществ могут быть как другие клетки (гормоны, нейромедиаторы и т.д.), так и окружающая среда (питательные вещества, яды и т.п.). Первым звеном реагирования на наличие химических веществ является рецепторные белки, встроенные в плазмалемму и способные избирательно связываться с другими веществами.

Некоторые белки, встроенные в клеточную мембрану, играют роль ферментов. В частности, они обеспечивают мембранное (пристеночное) пищеварение в кишечнике человека. В прокариотических клетках мембранные белки участвуют в процессах фотосинтеза, запасании энергии путем синтеза АТФ и др.

Что такое гидрофильные мембраны и как они работают?

Гидрофильные мембраны «любят» и притягивают воду, связывают и выводят молекулы воды посредством диффузии наружу. Благодаря этому свойству они являются ключевым элементом водонепроницаемой, «дышащей» защитной одежды, производимой в разных уголках мира. Разработка и производство гидрофильных мембран это одна из областей, в которой специализируется Porelle.

Водонепроницаемые гидрофильные мембраны используются в различных изделиях: от снаряжения для зимнего спорта и лёгкой атлетики до одежды для работников аварийно-спасательных служб и промышленности. Porelle — это

один из самых больших и надёжных поставщиков водонепроницаемых мембран для ряда индустрий. Наши мембраны отличаются высоким уровнем защиты, износоустойчивостью и эластичностью.

В отличие от микропористых мембран, гидрофильные мембраны имеют безпоровую структуру, которая идеально защищает от проникновения влаги.

Тем не менее, гидрофильная мембрана «впитывает» в себя пот и влагу с тёплой стороны и выводит на холодную сторону. Происходит это за счет действия межмолекулярных сил. Таким образом, чем выше температура внутри одежды, тем более эффективно работает гидрофильная мембрана, «приспосабливаясь» к степени двигательной активности человека.

Функции органоидов клетки

Каждый органоид выполняет определённые функции, совместная их работа составляет единый сплочённый организм. Так, например:

• клеточная мембрана обеспечивает транспортирование веществ внутрь клетки и из неё;
• внутри ядра находится генетический код, который передаётся из поколения в поколение. Именно ядро регулирует работу других органелл клетки;
• энергетическими станциями организма являются митохондрии. Именно здесь образуется вещество АТФ, при расщеплении которого выделяется большое количество энергии.

Рис. 2. Строение митохондрий

• на стенках аппарата Гольджи синтезируются жиры и углеводы, которые необходимы для построения мембран других органоидов;
• лизосомы расщепляют ненужные жиры и углеводы, а также вредные вещества;
• рибосомы синтезируют белок;
• клеточный центр (центриоли) играют важную роль в образовании веретена деления во время митоза клетки.

Рис. 3. Центриоли.

В отличие от растительной клетки у животной отсутствуют вакуоли. Однако могут образовываться временные маленькие вакуоли, которые содержат вещества для удаления из организма.

Что мы узнали?

Строение животной клетки, которое изучается на уроках биологии в 7-9 классе, ничем не отличается от строения других клеток живой природы. Особенностью животной клетки является наличие клеточного центра, так называемых центриолей, которые участвуют в образовании веретена деления при митозе. В отличие от растительного организма здесь нет вакуолей, пластид и целлюлозной клеточной стенки. Клеточная мембрана достаточно эластичная, что даёт возможность приобретать клеткам различные формы и размеры.

1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)