Плазматическая мембрана

Каждый из нас не раз рассматривал клетку под микроскопом, и с уверенностью сможет сказать, что каждая клетка одета мембраной. Оболочка клетке необходима для сохранения целостности формы протоплазмы в жидкой среде, с целью регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей средой. Сама по себе мембрана слишком тонка, чтобы её можно было увидеть с помощью светового микроскопа, но благодаря электронному микроскопу мембраны увидели и даже измерили её толщину. Все биологические мембраны имеют общие особенности строения и свойства.

Плазматическая мембрана клеток обеспечивает коммуникационные контакты между клетками, а также прочность их соединения. Регулируе введение веществ в клетку и вывод различных веществ;

Плазматическая мембрана принимает активное участие в межклеточных контактах связанных с конъюгацией одноклеточных организмов. У многоклеточных организмов за счет сложных взаимодействий образуются сложные межклеточные «ансамбли», поддержание которых может осуществляться разными путями.

В зародышевых, эмбриональных тканях, особенно на ранних стадиях развития, клетки остаются в связи друг с другом за счет способности их поверхностей слипаться. Это свойство адгезии клеток может определяться свойствами их поверхности, которые специфически взаимодействуют друг с другом. Механизм связей обеспечивается взаимодействием между липопротеидами и гликокаликсом плазматических мембран.

Соединения между клетками в составе тканей и органов многоклеточных животных организмов могут образовываться сложными специальными структурами, которые называются – межклеточные контакты. Эти структурированные межклеточные контакты особенно выражены в покровных пограничных тканях, в эпителиях. Возможно, что первичное обособление пласта клеток, связанных друг с другом с помощью специальных структурированных межклеточных контактов, в филогенезе животных обеспечило образование и развитие тканей и органов.

Межклеточные контакты динамичны и способны закрываться и открываться в ответ на изменения в клетках. Так, повышение концентрации ионов Ca в поврежденной клетке приводит к их закрытию. Это эффективно изолирует клетку и препятствует распространению повреждения. В большинстве случаев межклеточные контакты разрушаются при удалении из среды ионов Ca.

Расположение липидов в мембране соответствует их амфипатическому характеру. Они составляют так называемый бислой, в котором молекулы лежат в два слоя толщиной около 4,5 нанометров и образуют структурную основу мембраны. Основу мембраны составляет билипидный слой, образованный в большей степени фосфолипидами.

Липиды в построении мембран составляют около 40% от химического состава мембраны. В бислое хвосты молекул направлены друг к другу, а полярные головы наружу, этим объясняется гидрофильность поверхности мембраны.

Помимо липидов, в состав мембраны входят различные белки, которые составляют примерно 60 % от общего химического состава. Молекулы белков не образуют специфического слоя, в зависимости от локализации белков их подразделяют на:

1. Периферические белки –это белки, не погруженные в липидный бислой и не соединены с ним ковалентно. Они удерживаются за счет ионных взаимодействий. Периферические белки ассоциированы с интегральными белками в мембране за счет создания белковых связей. Выполняют функцию рецепторов и участвуют в образовании цитоскелета.

2. Полуинтегральные белки погружены в толщу билипидных слоев на разную глубину и выполняют рецепторные функции.

3. Интегральные белки полностью проходят через билипидный слой и создают в мембране поры для активного транспорта веществ. Интегральные белки можно разделить на белки-переносчики и каналообразующие клетки

Клеточная мембрана выполняет ряд функций:

1. Барьерную – проницаемость мембраны для разных типов молекул неодинакова. Чтобы миновать оболочку клетки, молекула должна иметь определенный размер, химические свойства и электрический заряд. Неподходящие молекулы, благодаря барьерной функции клеточной мембраны, просто не могут проникнуть внутрь клетки.

2. Транспортную – сквозь мембрану проходит пассивный, активный, регулируемый и избирательный обмен. Пассивный обмен подходит для жирорастворимых веществ и газов, состоящих из очень маленьких молекул. Такие вещества проникают внутрь и выходят из клетки без затрат энергии, свободно, методом диффузии.

Активная транспортная функция клеточной мембраны задействуется тогда, когда в клетку или из нее нужно провести необходимые, но трудно транспортируемые вещества. Например, обладающие большим размером молекул, или неспособные пересечь билипидный слой из-за гидрофобности. Тогда начинают работать белки-насосы, в том числе АТФ фаза, которая отвечает за всасывание в клетку ионов калия и выбрасывание из нее ионов натрия .

Регулируемый транспортный обмен необходим для осуществления функций секреции и ферментации, например, когда клетки производят и выделяют гормоны или желудочный сок. Все эти вещества выходят из клеток через специальные каналы и в заданном объеме. А избирательная транспортная функция связана с теми самыми интегральными белками, которые пронизывают мембрану и служат каналом для входа и выхода строго определенных типов молекул;

3. Матричную – клеточная мембрана определяет и фиксирует расположение органоидов относительно друг друга (ядра, митохондрий, хлоропластов) и регулирует взаимодействие между ними;

4. Механическую – обеспечивает ограничение одной клетки от другой, и, в то же время,— правильное соединение клеток в однородную ткань и устойчивость органов к деформации;

5. Защитную – как у растений, так и у животных, клеточная мембрана служит основой для построения защитного каркаса. Примером могут служить твердая древесина, плотная кожура, колючие шипы. В животном мире тоже много примеров защитной функции клеточных мембран – черепаший панцирь, хитиновая оболочка, копыта и рога;

6. Энергетическую — процессы фотосинтеза и клеточного дыхания были бы невозможны без участия белков клеточной мембраны, ведь именно с помощью белковых каналов клетки обмениваются энергией;

7. Рецепторную— белки, встроенные в клеточную мембрану, могут обладать ещё одной важной функцией. Они служат рецепторами, благодаря которым клетка получает сигнал от гормонов и нейромедиаторов. А это, в свою очередь, необходимо для проведения нервных импульсов и нормального течения гормональных процессов;

8. Ферментативную — ещё одна важная функция, присущая некоторым белкам клеточных мембран. Например, в эпителии кишечника с помощью таких белков синтезируются пищеварительные ферменты;

Биопотенциальную – концентрация ионов калия внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация ионов натрия, наоборот, снаружи больше, чем внутри. Этим и объясняется разность потенциалов: внутри клетки заряд отрицательный, а снаружи положительный, что способствует движению веществ внутрь клетки и наружу при любом из трех типов обмена – фагоцитозе, пиноцитозе и экзоцитозе .