Размер шрифта
Цвета сайта
Изображения

Обычная версия сайта

Основу клеточной мембраны составляют


Закончите предложения. Рассмотреть строение клеточной мембраны можно с помощью _____ Основу клеточной мембраны составляет

_____, в котором расположены _____ Белки, входящие в состав мембран, обеспечивают _____ Питательные вещества попадают в клетку путем _____ и _____ Попавшие в клетку питательные вещества подвергаются в _____ расщеплению под действием _____

Рассмотреть строение клеточной мембраны можно с помощью электрического микроскопа. Основу клеточной мембраны составляет билипидный слой, в котором расположены молекулы белка. Белки, входящие в состав мембран, обеспечивают проход ионов в клетку. Питательные вещества попадают в клетку путем фагоцитоза и пиноцитоза.

Попавшие в клетку питательные вещества подвергаются в лизосомах расщеплению под действием ферментов.

Знаешь ответ?

Как написать хороший ответ?

Будьте внимательны!

  • Копировать с других сайтов запрещено. Стикеры и подарки за такие ответы не начисляются. Используй свои знания. :)
  • Публикуются только развернутые объяснения. Ответ не может быть меньше 110 символов!

vashurok.ru

mozok.click

Повторите материал предыдущей темы и объясните, какие органические вещества составляют основу биологических мембран. вспомните, какие свойства присущи липидам. Каких липидов в клеточных мембранах больше всего?

Клеточные мембраны

Клеточные мембраны — это структуры, которые окружают клетку и формируют внутри нее ряд органелл. Это так называемые мембранные органеллы — ядро, митохондрии, вакуоли и др. Мембраны образованы двумя слоями липидов, в которых расположены молекулы белков. Белки и липиды мембран нередко присоединяют к себе молекулы углеводов, образуя гликопротеиды и гликолипиды (рис. 10.1). Так как липидные слои, образующие мембрану, жидкообразны и текучи, то погруженные в них белки довольно подвижны. Поэтому модель, которая описывает строение мембраны, называют жидкостно-мозаичной.

Функции мембран

Важнейшими функциями биологических мембран являются барьерная, рецепторная и транспортная. Мембраны являются барьерами с избирательной проницаемостью. Они регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также между отдельными компонентами внутри клетки. Барьерные функции мембран выполняют липиды. Именно они образуют основу биологической мембраны.

Рецепторную функцию выполняет надмембранный комплекс. Это, главным образом, гликопротеиды, которые образуют структуры, расположенные на поверхности мембраны.

Мембраны играют важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой и обеспечивают межклеточные взаимодействия. Именно они передают сигналы из внешней среды клеток во внутреннюю.

Мембраны выполняют также структурную, защитную и ферментативную функции. Они придают клеткам определенную форму, защищают их от повреждений и объединяют отдельные клетки тканей в единое целое. Ферменты, которые располагаются на поверхности мембран, обеспечивают выполнение ферментативной функции. Например, при пищеварении в кишечнике человека.

Транспорт веществ через мембраны

Транспортная функция мембран чрезвычайно важна для жизнедеятельности клетки. Наибольшую роль в ее выполнении играют белки. Они могут формировать в мембране сквозные каналы или транспортировать некоторые вещества в связанном виде, образуя с ними временные соединения.

Перенос веществ через мембрану может происходить либо без затрат энергии (пассивный транспорт), либо с затратами (активный транспорт). Пассивный транспорт осуществляется из зоны с высокой концентрацией вещества в зону с его низкой концентрацией. А активный транспорт, наоборот, — из зоны с низкой концентрацией в зону с высокой концентрацией.

Через мембрану транспортируются как большие, так и малые молекулы веществ. Перемещение малых молекул происходит с помощью простой диффузии, облегченной диффузии, активного транспорта, а больших — путем экто- и эндоцитоза.

Пасивний транспорт

Путем простой диффузии происходит только пассивный транспорт веществ (кислород, углекислый газ). А путем облегченной диффузии может осуществляться как пассивный, так и активный виды транспорта. Облегченная диффузия происходит через специальные

каналы, расположенные внутри больших белковых молекул. Ее могут выполнять также специальные белки-переносчики. Так транспортируются малые органические молекулы (глюкоза, некоторые аминокислоты и др.).

Очень важным для клеток является транспорт молекул воды через мембраны. Его особенностью является то, что необходимо переносить через мембрану только молекулы воды, препятствуя переносу растворенных в ней веществ. Этот процесс осуществляют специальные мембранные белки аквапорины (рис. 10.2).

Активный транспорт

Активный транспорт через клеточную мембрану осуществляется с помощью специальных белковых комплексов, а также путем экзо-или эндоцитоза. Так перемещаются ионы и большие молекулы, для которых мембрана является непроницаемой.

Мембранный транспорт в клетку называется эндоцитоз. Мембранный транспорт из клетки — экзоцитоз (рис. 10.3). Транспорт твердых частиц — это фагоцитоз, а транспорт жидкостей и капель — пиноцитоз.

Примером активного транспорта веществ через мембрану клетки является работа натрий-калиевого насоса. Клетке для нормального функционирования необходимо поддерживать определенное соотношение ионов Na+ и K+ — в цитоплазме и внеклеточной среде.

Перенос ионов Na+ и K+ осуществляется белком, который расположен в клеточной мембране. Этот белок перекачивает ионы Na+ из клетки, а ионы K+ — в клетку. Перенос этих ионов происходит из области их низкой концентрации в область их высокой концентрации (ионов K+ больше в клетке, а ионов Na+ — вне клетки). Для этого процесса используется энергия молекул АТФ.

За один цикл работы насос выкачивает из клетки 3Na+ и закачивает 2K+ (рис. 10.4). 

Поэтому на внешней стороне мембраны накапливается избыток положительных ионов. Это создает разность потенциалов между внешней и внутренней поверхностями мембраны. Эту разность используют как источник энергии многие другие белковые комплексы для переноса различных веществ через мембрану.

Клеточные мембраны — это структуры, которые окружают клетку и формируют внутри нее ряд органелл. в их состав входят липиды, белки и углеводы. Липиды образуют двойной слой. в каждом из слоев гидрофильные части липидных молекул ориентированы наружу, а гидрофобные — внутрь. Белковые комплексы в составе мембраны могут пронизывать ее насквозь, размещаться в пределах одного липидного слоя или даже снаружи мембраны. Состав внешнего и внутреннего липидных слоев может различаться. Основными функциями мембран являются барьерная, транспортная и рецепторная.

Проверьте свои знания

1. Что такое мембрана? Какие объекты она окружает? 2. Каково строение клеточной мембраны? 3. Какие вещества входят в состав мембран? 4. Какие функции выполняют клеточные мембраны? 5. Почему некоторые вещества не могут проникать через мембрану путем простой диффузии? 6*. Какие свойства фосфолипидов привели к тому, что они стали основой клеточных мембран? 7*. Почему для разных веществ используются различные механизмы транспорта через мембрану клетки?

Это материал учебника Биология 9 класс Задорожный

mozok.click

Клеточная мембрана. Функции клеточной мембраны. Строение клеточной мембраны.

1. Клеточная мембрана2. Функции клеточной мембраны3. Cтроение клеточной мембраны4. Состав клеточной мембраны5. Основное назначение клеточной мембраны6. Структура клеточной мембраны

Клеточная мембрана или цитолемма или плазмалемма или плазматическая мембрана - эластическая молекулярная структура. Её толщина составляет от 6 до 10 нм. Рассматривая строение клеточной мембраны, можно сказать, что она состоит из белков (около 40%) и липидов (около 60%).

По функциональным особенностям клеточную мембрану можно разделить на 9 выполняемых ей функций. Функции клеточной мембраны: 1. Транспортная. Производит транспорт веществ из клетки в клетку; 2. Барьерная. Обладает избирательной проницаемостью, обеспечивает необходимый обмен веществ; 3. Рецепторная. Некоторые белки находящиеся в мембране являются рецепторами; 4. Механическая. Обеспечивает автономность клетки и её механических структур; 5. Матричная. Обеспечивает оптимальное взаимодействие и ориентацию матричных белков; 6. Энергетическая. В мембранах действуют системы переноса энергии при клеточном дыхании в митохондриях; 7. Ферментативная. Мембранные белки иногда являются ферментами. Например мембраны клеток кишечника; 8. Маркировочная. На мембране есть антигены (гликопротеины), которые позволяют опознать клетку;

9. Генерирующая. Осуществляет генерацию и проведение биопотенциалов.

Посмотреть как выглядит клеточная мембрана можно на примере строения животной клетки или растительной клетки.

На рисунке приведено строение клеточной мембраны. К компонентам клеточной мембраны можно отнести различные белки клеточной мембраны (глобулярный, переферический, поверхностный), а также липиды клеточной мембраны (гликолипид, фосфолипид). Таже в строении клеточной мембраны присутствуют углеводы, холестерол, гликопротеин и белковая альфа спираль.

К основному составу клеточной мембраны относятся: 1. Белки - отвечающие за разнообразные свойства мембраны; 2. Липиды трёх видов (фосфолипиды, гликолипиды и холестерол) отвечающих за жёсткость мембраны. Белки клеточной мембраны: 1. Глобулярный белок; 2. Поверхностный белок; 3. Переферический белок.

Основное назначение клеточной мембраны: 1. Регулировать обмен между клеткой и средой; 2. Отделять содержимое любой клетки от внешней среды тем самым обеспечивая её целостность;

3. Внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки - органеллы или компартменты, в которых поддерживаются определённые условия среды.

Структура клеточной мембраны представляют собой двумерный раствор глобулярных интегральных белков, растворенных в жидком фосфолипидном матриксе. Данная модель мембранной структуры была предложена двумя учёными Никольсоном и Сингером в 1972 году. Таким образом, основу мембран составляет бимолекулярный липидный слой, с упорядоченным расположением молекул, что вы могли видеть на этом рисунке.

www.new-era.me

Клеточные мембраны

В основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения, то есть клетка в основном построена из мембран. Все биологические мембраны имеют общие структурные особенности и свойства.

В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны.

Химический состав и строение мембраны

Основу мембраны составляет липидный бислой, образованный в основном фосфолипидами. Липиды составляют в среднем ≈40% химического состава мембраны. В бислое хвосты молекул в мембране обращены друг к другу, а полярные головки — наружу, поэтому поверхность мембраны гидрофильна. Липиды определяют основные свойства мембран.

Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем ≈60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны. Молекулы белков не образуют сплошного слоя (рис. 280). В зависимости от локализации в мембране различают:

© периферические белки — белки, располагающиеся на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя;

© полуинтегральные белки — белки, погруженные в липидный бислой на различную глубину;

© интегральные, или трансмембранные белки — белки, пронизывающие мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки.

Мембранные белки могут выполнять различные функции:

© транспорт определенных молекул;

© катализ реакций, происходящих на мембранах;

© поддержание структуры мембран;

© получение и преобразование сигналов из окружающей среды.

Рис. 280. Цитоплазматическая мембрана:   1 — липидный бислой; 2 — погруженные белки; 3 — периферические белки; 4 — интегральные белки; 5 — олигосахаридные цепи.

В состав мембраны может входить от 2 до 10% углеводов. Углеводный компонент мембран обычно представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. Функции углеводов клеточной мембраны до конца не выяснены, однако можно сказать, что они обеспечивают рецепторные функции мембраны.

В животных клетках гликопротеины образуют надмембранный комплекс — гликокаликс, имеющий толщину в несколько десятков нанометров. В нем происходит внеклеточное пищеварение, располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью, по-видимому, происходит адгезия клеток.

Молекулы белков и липидов подвижны, способны перемещаться, главным образом, в плоскости мембраны. Мембраны асимметричны, то есть липидный и белковый состав наружной и внутренней поверхности мембраны различен.

Толщина плазматической мембраны в среднем 7,5 нм.

Клеточные мембраны играют важную роль по ряду причин:

© они отделяют клеточное содержимое от внешней среды;

© регулируют обмен между клеткой и средой;

© делят клетки на отсеки, или компартменты, предназначенные для тех или иных специализированных метаболических путей;

© некоторые химические реакции протекают на самих мембранах (световые реакции фотосинтеза в хлоропластах, окислительное фосфорилирование при дыхании в митохондриях);

© обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов;

© на мембранах располагаются рецепторные участки для распознавания внешних стимулов.

Транспорт веществ через мембрану

Одна из основных функций мембраны — транспортная, обеспечивающая обмен веществ между клеткой и внешней средой. Мембраны обладают свойством избирательной проницаемости, то есть хорошо проницаемы для одних вещества или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других. Проницаемость мембран для разных веществ зависит и от свойств их молекул (полярность, размер и т.д.), и от характеристики мембран (внутренняя часть липидного слоя гидрофобна).

Существуют различные механизмы транспорта веществ через мембрану (рис. 281). В зависимости от необходимости использования энергии для осуществления транспорта веществ, различают:

© пассивный транспорт — транспорт веществ, идущий без затрат энергии;

© активный транспорт — транспорт, идущий с затратами энергии.

В основе пассивного транспорта лежит разность концентраций и зарядов. При пассивном транспорте вещества всегда перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, то есть по градиенту концентрации. Если молекула заряжена, то на ее транспорт влияет и электрический градиент. Поэтому часто говорят об электрохимическом градиенте, объединяя оба градиента вместе. Скорость транспорта зависит от величины градиента.

Различают три основных механизма пассивного транспорта:

© Простая диффузия — транспорт веществ непосредственно через липидный бислой. Через него легко проходят газы, неполярные или малые незаряженные полярные молекулы. Чем меньше молекула и чем более она жирорастворима, тем быстрее она проникает через мембрану. Интересно, что вода, несмотря на то, что она относительно нерастворима в жирах, очень быстро проникает через липидный бислой. Это объясняется тем, что ее молекула мала и электрически нейтральна. Диффузию воды через мембраны называют осмосом.

©

  Рис. 281. Транспорт веществ через мембрану:   1 — транспортируемая молекула; 2 — транспортный белок; 3 — диффузия; 4 — облегченная диффузия; 5 — активный транспорт; 6 — электрохимический градиент; 7 — энергия.
Диффузия через мембранные каналы. Заряженные молекулы и ионы (Na+, K+, Ca2+, Cl-) не способны проходить через липидный бислой путем простой диффузии, тем не менее, они проникают через мембрану, благодаря наличию в ней особых каналообразующих белков, формирующих водяные поры.

© Облегченная диффузия — транспорт веществ с помощью специальных

транспортных белков, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул. Они взаимодействуют с молекулой переносимого вещества и каким-либо способом перемещают ее сквозь мембрану. Таким образом в клетку транспортируются сахара, аминокислоты, нуклеотиды и многие другие полярные молекулы.

Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда требуется обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента. Этот транспорт осуществляется белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ.

Одной из наиболее изученных систем активного транспорта является натрий-калиевый насос. Концентрация K внутри клетки значительно выше, чем за ее пределами, а Na — наоборот. Поэтому К через водяные поры мембраны пассивно диффундирует из клетки, а Na — в клетку. Вместе с тем, для нормального функционирования клетке важно поддерживать определенное соотношение ионов К и Na в цитоплазме и во внешней среде. Это оказывается возможным потому, что мембрана, благодаря наличию (Na + K)-насоса, активно перекачивает Na из клетки, а K в клетку. На работу (Na + K)-насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.

Рис. 282. Натрий-калиевый насос:   1 — присоединение ионов натрия; 2 — фосфорилирование транспортного белка; 3 — высвобождение ионов натрия; 4 — присоединение ионов калия; 5 — дефосфорилирование транспортного белка; 6 — высвобождение ионов калия.

Насос представляет собой особый трансмембранный белок мембраны, способный к конформационным изменениям, благодаря чему он может присоединять к себе как ионы К, так и ионы Na. Цикл работы (Na + K)-насоса складывается из нескольких фаз (рис. 282):

© с внутренней стороны мембраны к белку-насосу поступают ионы Na и молекула АТФ, а с наружной — ионы K;

© ионы Na соединяются с молекулой белка, и белок приобретает АТФ-азную активность, то есть приобретает способность вызывать гидролиз АТФ, сопровождающийся освобождением энергии, приводящей в движение насос;

© освободившийся при гидролизе АТФ фосфат присоединяется к белку, то есть происходит фосфорилирование белка;

© фосфорилирование вызывает конформационные изменения белка, он оказывается неспособным удерживать ионы Na — они высвобождаются и выходят за пределы клетки;

© новая конформация белка такова, что оказывается возможным присоединение к нему ионов K;

© присоединение ионов K вызывает дефосфорилирование белка, в результате чего он вновь изменяет свою конформацию;

© изменение конформации белка приводит к высвобождению ионов K внутри клетки;

© теперь белок вновь готов присоединить к себе ионы Na.

За один цикл работы насос выкачивает из клетки 3 иона Na и закачивает 2 иона К. Такая разница в количестве переносимых ионов связана с тем, что проницаемость мембраны для ионов К выше, чем для ионов Na. Соответственно K быстрее пассивно диффундирует из клетки, чем Na в клетку.

Клетка имеет механизмы, благодаря которым может осуществлять транспорт через мембрану крупных частиц и макромолекул (рис. 283). Процесс поглощения макромолекул клеткой называется эндоцитозом. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит отшнуровывание в цитоплазму везикул — мешочкоподобных структур, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной, являющейся частью наружной цитоплазматической мембраны. Различают два типа эндоцитоза:

© фагоцитоз[13] — захват и поглощение

  Рис 283. Эндоцитоз и экзоцитоз.
крупных частиц (например, фагоцитоз лимфоцитов, простейших и др.);

© пиноцитоз[14] — процесс захвата и поглощения капелек жидкости с растворенными в ней веществами.

Экзоцитоз — процесс выведения различных веществ из клетки. При экзоцитозе мембрана везикулы (или вакуоли), при соприкосновении с наружной цитоплазматической мембраной, сливается с ней. Содержимое везикулы выводится за пределы летки, а ее мембрана включается в состав наружной цитоплазматической мембраны.

Предыдущая145146147148149150151152153154155156157158159160Следующая

Дата добавления: 2015-07-22; просмотров: 810; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

helpiks.org

Структурно-функциональная организация клеточной мембраны

По определению Робертсона, клетку можно рассматривать как трифазную систему, которая состоит из нуклео-цитоплазматического матрикса, мембранной фазы и внешней фазы. На мембраны приходится около 2/3 сухой массы клетки. Формирует клетку и поддерживает строго определенный внутриклеточный гомеостаз плазматическая, или поверхностная, мембрана.

Структура плазматической мембраны

Клеточная мембрана (оболочка клетки) представляет собой тонкую (6—10 нм) липопротеиновую пластинку, содержание липидов в которой составляет около 40 %, белков — около 60 %. Изнутри клеточная мембрана выстлана тонким, более плотным слоем гиалоплазмы, практически лишенной органелл. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество (5—10 %) углеводов, молекулы которых соединены либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды) и образуют гликокаликс, строение и функции которого у разных клеток могут различаться. Углеводы участвуют в рецепции биологически активных веществ, реакциях иммунитета. Структурную основу клеточной мембраны (матрикс) составляет бимолекулярный слой фосфолипидов, являющихся барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки, например в нейронах — до 100 Ом/см2.

Молекулы фосфолипидов мембраны состоят из двух частей: одна из них несет заряд и гидрофильна, другая не заряжена и гидрофобна. Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные мембранные структуры под влиянием собственных зарядов. В клеточной мембране заряженные гидрофильные участки молекул фосфолипидов от одних молекул направлены внутрь клетки, а от других — наружу клетки. В толще клеточной мембраны молекулы фосфолипидов взаимодействуют незаряженными гидрофобными участками (они «спрятаны» от внутриклеточной и внеклеточной воды). В липидном слое клеточных мембран содержится много холестерина. Обмен липидов в отличие от белков происходит медленнее. Однако возбуждение, например, нейронов мозга приводит к уменьшению содержания в них липидов. В частности, после длительной умственной работы, при утомлении количество фосфолипидов в нейронах уменьшается (может быть, это связано с более яркой памятью у лиц напряженного умственного труда). Состав мембранных липидов определяется средой обитания и характером питания. Так, увели­чение растительных жиров в пищевом ра­ционе поддерживает жидкое состояние ли­пидов клеточных мембран и улучшает их функции. Избыток холестерина в мембранах увеличивает их микровязкость, ухудшает транспортные функции клеточной мембра­ны. Однако недостаток жирных кислот и хо­лестерина в пище нарушает липидный со­став и функции клеточных мембран.

Молекулы белков встроены в фосфолипидный матрикс клеточной мембраны. В клеточ­ных мембранах встречаются тысячи различ­ных белков, которые можно объединить в ос­новные классы: структурные белки, перенос­чики, ферменты, белки, образующие каналы, ионные насосы, специфические рецепторы. Один и тот же белок может быть рецептором, ферментом и насосом. Каналы образова­ны белковыми молекулами, вкрапленными в липидный матрикс, они пронизывают мем­брану. Через эти каналы могут проходить по­лярные молекулы. Многие мембранные белки, так же как и фосфолипиды, состоят из двух частей — заряженной и незаряженной. Незаряженные участки белков погружены в липидный слой, не несущий заряда. Заря­женные участки белков взаимодействуют с заряженными участками липидов, что явля­ется важным фактором, определяющим взаи­морасположение структурных элементов кле­точной мембраны и ее прочность. Большин­ство белков, пронизывающих липидный слой, прочно связано с фосфолипидами (интегральные белки), главной их функцией является транспорт веществ через клеточную мембрану. Большая часть интег­ральных белков — гликопротеиды. Белки, прикрепленные к поверхности клеточной мембраны (в основном к внутренней ее части), называют периферическими. Они, как правило, являются ферментами: это ацетилхолинэстераза, фосфатазы, аденилатциклаза, протеинкиназы. Некоторые интег­ральные белки также выполняют функцию ферментов, например АТФаза. Рецепторами и антигенами мембраны могут быть как ин­тегральные, так и периферические белки. Белки, примыкающие к мембране с внутрен­ней стороны, являются также составной час­тью цитоскелета, который обеспечивает до­полнительную прочность клеточной мембра­ны и эластичность. Обновление белков мем­браны происходит очень быстро — в течение 2—5 дней (срок их жизни).

Большинство клеток организма имеет от­рицательный поверхностный заряд, который обеспечивается выступающей из мембраны клетки углеводной частью гликолипидов, фосфолипидов, гликопротеидов. Мембрана обладает текучестью: от­дельные ее части могут перемещаться из одного участка к другому.

Клеточные мембраны обладают избира­тельной проницаемостью: одни вещества пропускают, другие нет. В частности, мем­брана легко проницаема для жирораствори­мых веществ, проникающих через липидный слой; большинство мембран пропускает воду. Анионы органических кислот не проходят через мембрану. Но имеются каналы, избира­тельно пропускающие ионы К+, Na+, Са2+, Cl-.

Функции клеточной мембраны

Основными функциями клеточной мембра­ны являются следующие:

Барьерная (защитная) функция — наиболее очевидная функция клеточной мембраны, образующей поверхностную оболочку клетки. Особую роль в выполнении этой функции играют клеточные мембраны эпителиальной ткани. Они образуют обычно поверхности, отделяющие внутреннюю среду организма от внешней среды. Это относится также к легким и к желудочно-кишечному тракту. Барьерная функция клеточных мем­бран нарушается при многих патологических процессах (атеросклероз, гипоксия, интокси­кация, раковое перерождение). Многие ле­карственные вещества реализуют свое влия­ние посредством действия на мембрану, при ее повреждении эффекты лекарственных ве­ществ могут изменяться. Клетки, образую­щие наружный слой эпителия, обычно со­единены с помощью плотных контактов, ко­торые ограничивают межклеточный перенос веществ.

Рецепторная функция — восприятие изменений внешней и внут­ренней среды организма с помощью специ­альных структур — рецепторов, обеспечива­ющих узнавание различных раздражителей и реагирование на них. Клеточная мембрана располагает большим набором рецепторов, обладающих специфической чувствительнос­тью к различным агентам — гормонам, меди­аторам, антигенам, химическим и физичес­ким раздражителям. Рецепторы отвечают за взаимное распознавание клеток, развитие иммунитета. Рецепторами на поверхности клеток могут служить гликопротеиды и гликолипиды мембран. Рецептор активирует G-белок мембраны, который с помощью фермента-предшественника, расположенного на внутренней поверхности клеточной мембраны, активирует второй посредник, реализующий эффект от раздражителя. После­довательность может быть, например, такой: адреналин — B-адренорецептор-GS-белок — аденилатциклаза-АТФ-цАМФ — протеинкиназа — фосфорилирование белков — измене­ние метаболизма и функций клетки. Воспри­ятие физических и химических раздражите­лей (изменений внутренней и внешней среды организма) у возбудимых клеток осуществля­ется с помощью трансформации энергии раз­дражения в нервный импульс.

Создание электрического заряда клетки обеспечивает клеткам возбудимых тканей возникновение локального потенциала, по­тенциала действия (возбуждения) и проведе­ние последнего. Распро­странение возбуждения обеспечивает бы­струю связь возбудимых клеток между собой, а также посылку эфферентного сигнала от нервной клетки к эффекторной (исполни­тельной) и получение обратных (афферент­ных) импульсов от нее. Практически все живые клетки имеют электрический заряд, но лишь немногие из них способны генери­ровать потенциал действия.

Выработка биологически активных ве­ществ — простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов, оказывающих сильное влия­ние на адгезию тромбоцитов и процесс вос­паления.

Транспортная функция вместе с барьер­ной обеспечивает относительно постоянный состав веществ в клетке и ее электрический заряд. Наличие концентрационных и элект­рических градиентов различных веществ и ионов вне и внутри клетки свидетельствует о том, что клеточная мембрана осуществля­ет тонкую регуляцию содержания в цито­плазме ионов и молекул. Благодаря транс­порту частиц формируется состав внутри­клеточной среды, наиболее благоприятный для оптимального протекания метаболичес­ких реакций.



infopedia.su

Клетка и клеточная мембрана

Клетка — саморегулируемая структурно-функциональная единица тканей и органов. Клеточная теория строения органов и тканей была разработана Шлейденом и Шванном в 1839 г. В дальнейшем с помощью электронной микроскопии и ультрацентрифугирования удалось выяснить строение всех основных органелл животных и растительных клеток (рис. 1).

Рис. 1. Схема строения клетки животных организмов

Главными частями клетки являются цитоплазма и ядро. Каждая клетка окружена очень тонкой мембраной, ограничивающей ее содержимое.

Клеточная мембрана называется плазматической мембраной и характеризуется избирательной проницаемостью. Это свойство позволяет необходимым питательным веществам и химическим элементам проникать внутрь клетки, а излишним продуктам выходить из нее. Плазматическая мембрана состоит из двух слоев липидных молекул с включением в нее специфических белков. Основными липидами мембраны являются фосфолипиды. Они содержат фосфор, полярную головку и два неполярных хвоста из длинноцепочечных жирных кислот. К мембранным липидам относятся холестерин и эфиры холестерина. В соответствии с жидкостно-мозаичной моделью строения, мембраны содержат включения протеиновых и липидных молекул, которые могут перемешаться относительно бислоя. Для каждого типа мембран любой животной клетки характерен свой относительно постоянный липидный состав.

Мембранные белки по структуре подразделяют на два вида: интегральные и периферические. Периферические белки могут удаляться из мембраны без ее разрушения. Имеется четыре типа мембранных белков: транспортные белки, ферменты, рецепторы и структурные белки. Одни мембранные белки обладают ферментативной активностью, другие связывают определенные вещества и способствуют их переносу внутрь клетки. Белки обеспечивают несколько путей передвижения веществ через мембраны: образуют большие поры, состоящие из нескольких белковых субъединиц, которые позволяют перемещаться молекулам воды и ионам между клетками; формируют ионные каналы, специализированные для передвижения ионов некоторых видов через мембрану при определенных условиях. Структурные белки связаны с внутренним липидным слоем и обеспечивают цитоскелет клетки. Цитоскелет придает механическую прочность клеточной оболочке. В различных мембранах на долю белков приходится от 20 до 80% массы. Мембранные белки могут свободно перемещаться в латеральной плоскости.

В мембране присутствуют и углеводы, которые могут ковалентно связываться с липидами или белками. Известно три вида мембранных углеводов: гликолипиды (ганглиозиды), гликопротеиды и протеогликаны. Большинство липидов мембраны находятся в жидком состоянии и обладают определенной текучестью, т.е. способностью перемещаться из одного участка в другой. На внешней стороне мембраны имеются рецепторные участки, связывающие различные гормоны. Другие специфические участки мембраны мог>т распознавать и связывать некоторые чужеродные для данных клеток белки и разнообразные биологически активные соединения.

Внутреннее пространство клетки заполнено цитоплазмой, в которой протекает большинство катализируемых ферментами реакций клеточного метаболизма. Цитоплазма состоит из двух слоев: внутреннего, называемого эндоплазмой, и периферического — эктоплазмы, которая имеет большую вязкость и лишена гранул. В цитоплазме находятся все компоненты клетки или органеллы. Важнейшими из органелл клетки являются — эндоплазматический ретикулум, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, микрофиламенты и микротрубочки, пероксисомы.

Эндоплазматический ретикулум представляет собой систему взаимосвязанных каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму. Он обеспечивает транспорт вешеств из окружающей среды и внутри клеток. Эндоплазматический ретикулум также служит депо для внутриклеточных ионов Са2+ и служит основным местом синтеза липидов в клетке.

Рибосомы - микроскопические сферические частицы диаметром 10-25 нм. Рибосомы свободно располагаются в цитоплазме или прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети и ядерной мембраны. Они взаимодействуют с информационной и транспортной РНК, и в них осуществляется синтез белков. Они синтезируют белки, которые попадают внутрь цистерн или в аппарат Гольджи, и затем выделяются наружу. Рибосомы, свободно располагающиеся в цитоплазме, синтезируют белок для использования самой клеткой, а рибосомы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом, производят белок, который выводится из клетки. В рибосомах синтезируются различные функциональные белки: белки-переносчики, ферменты, рецепторы, белки цитоскелета.

Аппарат Гольджи образован системой канальцев, цистерн и пузырьков. Он связан с эндоплазматическим ретикулумом, и поступившие сюда биологически активные вещества хранятся в уплотненном виде в секреторных пузырьках. Последние постоянно отделяются от аппарата Гольджи, транспортируются к клеточной мембране и сливаются с ней, а содержащиеся в пузырьках вещества выводятся из клетки в процессе экзоцитоза.

Лизосомы - окруженные мембраной частицы размером 0,25-0,8 мкм. Они содержат многочисленные ферменты, участвующие в расщеплении белков, полисахаридов, жиров, нуклеиновых кислот, бактерий и клеток.

Пероксисомы сформированы из гладкого эндоплазматического ретикулума, напоминают лизосомы и содержат ферменты, катализирующие разложение пероксида водорода, который расщепляется под влиянием пероксидаз и каталазы.

Митохондрии содержат наружную и внутреннюю мембраны и являются «энергетической станцией» клетки. Митохондрии представляют собой округлые или удлиненные образования с двойной мембраной. Внутренняя мембрана формирует выступающие внутрь митохондрии складки — кристы. В них происходит синтез АТФ, осуществляется окисление субстратов цикла Кребса и множество биохимических реакций. Образованные в митохондриях молекулы АТФ диффундируют во все части клетки. В митохондриях содержится небольшое количество ДНК, РНК, рибосомы, и с их участием происходит обновление и синтез новых митохондрий.

Микрофиламенты представляют собой тонкие белковые нити, состоящие из миозина и актина, и образуют сократительный аппарат клетки. Микрофиламенты участвуют в образовании складок или выпячиваний клеточной мембраны, а также при перемещении различных структур внутри клеток.

Микротрубочки составляют основу цитоскелета и обеспечивают его прочность. Цитоскелет придает клеткам характерные внешний вид и форму, служит местом прикрепления внутриклеточных органелл и различных телец. В нервных клетках пучки микротрубочек участвуют в транспорте веществ из тела клетки к концам аксонов. При их участии осуществляется функционирование митотического веретена во время деления клеток. Они играют роль двигательных элементов в ворсинках и жгутиках у эукариот.

Ядро является основной структурой клетки, участвует в передаче наследственных признаков и в синтезе белков. Ядро окружено ядерной мембраной, содержащей множество ядерных пор, через которые происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой. Внутри него находится ядрышко. Установлена важная роль ядрышка в синтезе рибосомной РНК и белков-гистонов. В остальных частях ядра содержится хроматин, состоящий из ДНК, РНК и ряда специфических белков.

Функции клеточной мембраны

В регуляции внутриклеточного и межклеточного обмена важнейшую роль играют клеточные мембраны. Они обладают избирательной проницаемостью. Их специфическое строение позволяет обеспечивать барьерную, транспортную и регуляторную функции.

Барьерная функция проявляется в ограничении проникновения через мембрану растворенных в воде соединений. Мембрана непроницаема для крупных белковых молекул и органических анионов.

Регуляторная функция мембраны состоит в регуляции внутриклеточного метаболизма в ответ на химические, биологические и механические воздействия. Различные воздействия воспринимаются специальными мембранными рецепторами с последующим изменением активности ферментов.

Транспортная функция через биологические мембраны может осуществляться пассивно (диффузия, фильтрация, осмос) или с помощью активного транспорта.

Диффузия - движение газа или растворимого вещества по концентрационному и электрохимическому градиенту. Скорость диффузии зависит от проницаемости клеточной мембраны, а также градиента концентрации для незаряженных частиц, электрического и концентрационного градиентов для заряженных частиц. Простая диффузия происходит через липидный бислой или через каналы. Заряженные частицы движутся согласно электрохимическому градиенту, а незаряженные — химическому градиенту. Например, простой диффузией через липидный слой мембраны проникают кислород, стероидные гормоны, мочевина, спирт и т.д. Через каналы перемещаются различные ионы и частицы. Ионные каналы образованы белками и подразделяются на управляемые и неуправляемые каналы. В зависимости от селективности различают ионоселективные канаты, пропускающие только один ион, и каналы, не обладающие селективностью. Каналы имеют устье и селективный фильтр, а управляемые каналы — и воротный механизм.

Облегченная диффузия - процесс, при котором вещества переносятся через мембрану с помощью специальных мембранных белков- переносчиков. Таким путем в клетку проникают аминокислоты и моносахара. Этот вид транспорта происходит очень быстро.

Осмос - движения воды через мембрану из раствора с более низким в раствор с более высоким осмотическим давлением.

Активный транспорт - перенос веществ против градиента концентрации с помощью транспортных АТФаз (ионных насосов). Этот перенос происходит с затратой энергии.

В большей мере изучены Na+/K+-, Са2+- и Н+-насосы. Насосы располагаются на клеточных мембранах.

Разновидностью активного транспорта являются эндоцитоз и экзоцитоз. С помощью этих механизмов транспортируются более крупные вещества (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты), которые не могут переноситься по каналам. Этот транспорт более распространен в эпителиальных клетках кишечника, почечных канальцев, эндотелии сосудов.

При эндоцитозе клеточные мембраны образуют впячивания внутрь клетки, которые отшнуровываясь, превращаются в пузырьки. При экзоцитозе пузырьки с содержимым переносятся к клеточной мембране и сливаются с ней, а содержимое пузырьков выделяется во внеклеточную среду.

Строение и функции клеточной мембраны

Для понимания процессов, обеспечивающих существование электрических потенциалов в живых клетках, прежде всего нужно представлять строение клеточной мембраны и ее свойства.

В настоящее время наибольшим признанием пользуется жидкостно-мозаичная модель мембраны, предложенная С. Сингером и Г. Николсоном в 1972 г. Основу мембраны составляет двойной слой фосфолипидов (бислой), гидрофобные фрагменты молекулы которого погружены в толщу мембраны, а полярные гидрофильные группы ориентированы наружу, т.е. в окружающую водную среду (рис. 2).

Мембранные белки локализованы на поверхности мембраны или могут быть внедрены на различную глубину в гидрофобную зону. Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь, и различные гидрофильные группы одного и того же белка обнаруживаются по обе стороны клеточной мембраны. Белки, обнаруженные в плазматической мембране, играют очень важную роль: они участвуют в образовании ионных каналов, играют роль мембранных насосов и переносчиков различных веществ, а также могут выполнять рецептор- ную функцию.

Основные функции клеточной мембраны: барьерная, транспортная, регуляторная, каталитическая.

Барьерная функция заключается в ограничении диффузии через мембрану растворимых в воде соединений, что необходимо для защиты клеток от чужеродных, токсических веществ и сохранения внутри клеток относительного постоянного содержания различных веществ. Так, клеточная мембрана может замедлить диффузию различных веществ в 100 000-10 000 000 раз.

Рис. 2. Трехмерная схема жидкостно-мозаичной модели мембраны Сингера-Николсона

Изображены глобулярные интегральные белки, погруженные в липидный бислой. Часть белков является ионными каналами, другие (гликопротеины) содержат олигосахаридные боковые цепи, участвующие в узнавании клетками друг друга и в межклеточной ткани. Молекулы холестерола вплотную примыкают к фосфолипидным головкам и фиксируют прилегающие участки «хвостов». Внутренние участки хвостов молекулы фосфолипидов не ограничены в своем движении и ответственны за текучесть мембраны (Bretscher, 1985)

В мембране располагаются каналы, через которые проникают ионы. Каналы бывают потенциал зависимыми и потен циалнезависимыми. Потенциалзависимые каналы открываются при изменении разности потенциалов, а потенциалнезависимые (гормонрегулируемые) открываются при взаимодействии рецепторов с веществами. Каналы могут быть открыты или закрыты благодаря воротам. В мембрану встроены два вида ворот: активационные (в глубине канала) и инактивационные (на поверхности канала). Ворота могут находиться в одном из трех состояний:

  • открытое состояние (открыты оба вида ворот);
  • закрытое состояние (закрыты активационные ворота);
  • инактивационное состояние (закрыты инактивационные ворота).

Другой характерной особенностью мембран является способность осуществлять избирательный перенос неорганических ионов, питательных веществ, а также различных продуктов обмена. Различают системы пассивного и активного переноса (транспорта) веществ. Пассивный транспорт осуществляется через ионные каналы с помощью или без помощи белков-переносчиков, а его движущей силой является разность электрохимических потенциалов ионов между внутри- и внеклеточным пространством. Избирательность ионных каналов определяется его геометрическими параметрами и химической природой групп, выстилающих стенки канала и его устье.

В настоящее время наиболее хорошо изучены каналы, обладающие избирательной проницаемостью для ионов Na+, К+ , Са2+ а также для воды (так называемые аквапорины). Диаметр ионных каналов, по оценкам разных исследований, составляет 0,5-0,7 нм. Пропускная способность каналов может изменяться, через один ионный канал может проходить 107- 108 ионов в секунду.

Активный транспорт происходит с затратой энергии и осуществляется так называемыми ионными насосами. Ионные насосы — это молекулярные белковые структуры, встроенные в мембрану и осуществляющие перенос ионов в сторону более высокого электрохимического потенциала.

Работа насосов осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ. В настоящее время хорошо изучены Na+/K+ — АТФаза, Са2+ — АТФаза, Н+ — АТФаза, Н+/К+ — АТФаза, Mg2+ — АТФаза, которые обеспечивают перемещение соответственно ионов Na+, К+, Са2+, Н+, Mg2+ изолированно или сопряжено (Na+ и К+; Н+ и К+). Молекулярный механизм активного транспорта до конца не выяснен.

www.grandars.ru


Смотрите также

 

2011-2017 © МБУЗ ГКП №  7, г.Челябинск.