Мембрана рослинної клітини. Будова та функції біологічних мембран

Клітинна мембрана рослини є одним з органоїдів, який обволікає цитоплазму, служить специфічним бар'єром між внутрішнім вмістом і зовнішнім середовищем. Цей органоїд також має інші назви, прийняті в біологічній науці: плазматична мембрана, плазмалема та цитолема. Він був повністю вивчений лише порівняно недавно – у сімдесятих роках минулого століття, прорив у вивченні пов'язаний із появою перших електронних мікроскопів, які суттєво полегшили роботу дослідникам. Перші ж наукові експерименти, які стосувалися плазмалеми, та отримали важливі результати, були проведені у 1925 році. Клітинна мембрана рослинної клітини має властивості, що відрізняють її від аналогічного органоїду тварин. У цьому матеріалі докладно розглянуті ці особливості.

І функції не дуже відрізняються у різних організмів. Більшості видів властива наступна структура плазмалеми:

Зовнішній шар. Складається з білків, не є суцільним, має у своїй будові спеціальні канали, що складаються з іонів, які служать для транспортування речовин, не здатних самостійно подолати середній шар.
Середній шар. Інакше – біліпідний чи жировий. Є рідким і відносно однорідним, оскільки різні види білків, що у зовнішніх шарах, здатні проникати всередину нього. У ньому присутні ліпіди кількох видів: фосфоліпіди, холестерол та гліколіпіди. Холестерол є не завжди. Ліпіди мають головку, яка вважається гідрофільною, а також два довгі закінчення, які, навпаки, гідрофобні.
Внутрішній шар. Аналогічний зовнішній шар, складається з білків. Також у білкових шарів присутні спеціальні аннулярні ліпіди, що служить для них захисною плівкою, що забезпечує їхню роботу.

Білкові шари клітинної мембрани рослин складаються з:

інтегральних білків. Поширені по всій ширині плазмалеми;
напівінтегральні. Вбудовуються всередину, але не проходять наскрізь цітолеми;
периферичних. Є тільки на поверхні.

Розглянута вище якої переважно однакове у різних видів, має все ж таки невеликі відмінності у таких організмів, як рослини, гриби та бактерії. Щоб зрозуміти суть цих відмінностей, необхідно розглянути завдання, які вирішує в організмах рослин плазмалема.

Дивіться відео про будову клітини та клітинної мембрани.

Клітинна мембрана рослини виконує такі функції:

Транспортувальна. Сприяє потраплянню всередину необхідних поживних речовин. Регулює в цілому обмін клітини із зовнішнім середовищем.
Матрікс. Відповідає за розташування інших внутрішніх органоїдів, фіксує їх становище та сприяє взаємодії між собою.
Регулювання енергетичного обміну. Забезпечує перебіг різних процесів, від фотосинтезу до дихання клітини. Ці процеси були б неможливі без білкових каналів плазмалеми.
Вироблення ферментів. Ферменти виробляються саме в білкових шарах плазмалем деяких клітин.

У тваринної та рослинної клітини будова клітинної мембрани ідентична, а функції, які вони виконують, різні. Це можна пояснити тим, що у рослин присутні . Дана стінка є додатковим органоїдом, що покриває цитолемму зовні, і, як наслідок, приймає на себе частину її функцій.

Функції, прийняті він клітинної стінкою:

захисна. Ця стінка є міцною, що сприяє запобіганню механічним пошкодженням. Також вона вибірково пропускає всередину молекули, не допускаючи попадання тих із них, які є хвороботворними;
формування запасів. Деякі корисні речовини відкладаються у стінці для використання у разі настання несприятливих умов, а також для забезпечення зростання та розвитку;
регулює внутрішній тиск. Виконання цієї функції безпосередньо пов'язане із міцністю організму;
взаємодія коїться з іншими клітинами. Наявність спеціальних каналів у стінці дозволяє здійснювати обмін інформацією стан зовнішнього середовища.

Ця стінка бере на себе ряд функцій, що виконуються в організмах тварин цитолемою. Саме через це будова мембрани рослин та деяких інших видів може відрізнятися.

Значення цітолеми для організму

Незважаючи на те, що у рослин безліч функцій були делеговані від цітолеми до іншого органоїду, вона, як і раніше, відіграє дуже велику роль у життєдіяльності організму.

Саме за допомогою плазмалеми відбуваються основні процеси обміну, виражені наступними реакціями:

Екзоцитоз. Виділення назовні речовин, які вже були перероблені раніше, або були сформовані спеціально для потрапляння у зовнішнє середовище (наприклад, гормони чи ферменти). Для їх виведення на внутрішній поверхні цитолеми утворюються спеціальні бульбашки, які проходять крізь ряди ліпідів, а потім їх вміст виділяється назовні.
Фагоцитоз. Поглинання цитолемою частинок деяких поживних речовин та подальша їхня обробка. За цей процес відповідальні спеціальні клітини, які називаються фагоцитами, які прикріплені до цитолеми.
Піноцитоз. Поглинання плазмалемою молекул рідини, які знаходяться у безпосередній близькості від неї. Цьому служать спеціальні джгутики, що знаходяться на поверхні плазмалеми, завдяки яким рідина, що потрапляє на поверхню, набуває форми краплі, і може бути захоплена.

Завдяки наявності іонних каналів всередину через цітолему потрапляє ряд необхідних життя речовин. Значення цих каналів важко переоцінити, про їхню важливість говорить, як мінімум, той факт, що якщо канали втрачають тонус і перестають коректно виконувати свої функції, у клітини починається кисневе голодування, через що вона, через деякий час, може переродитися на ракову. .

У рослинній клітині за процеси харчування відповідає не тільки цитолема, а й клітинна стінка, тому так важливо, щоб комбінація цих органоїдів була в належному стані, від цього залежить життя.

Як ви вважаєте, чи всі функції клітинної мембрани були вказані у матеріалі? Може, серед вас є найуважніші, які знають ще одну малозначну функцію? Діліться своїми спостереженнями в

Природа створила безліч організмів і клітин, але, незважаючи на це, будова та більшість функцій біологічних мембран однакові, що дозволяє розглядати їх структуру та вивчати їх ключові властивості без прихильності до конкретного виду клітин.

Що таке мембрана?

Мембрани – це захисний елемент, який є невід'ємною складовою клітини будь-якого живого організму.

Структурною та функціональною одиницею всіх живих організмів на планеті є клітина. Життєдіяльність її нерозривно пов'язана з довкіллям, з яким вона обмінюється енергією, інформацією, речовиною. Так, поживна енергія, необхідна для функціонування клітини, надходить ззовні і витрачається здійснення нею різних функцій.

Структура найпростішої одиниці будови живого організму: мембрана органели, різноманітні включення. Вона оточена мембраною, всередині якої розташовується ядро та всі органели. Це мітохондрії, лізосоми, рибосоми, ендоплазматичний ретикулум. Кожен структурний елемент має власну мембрану.

Роль у життєдіяльності клітини

Біологічна мембрана відіграє кульмінаційну роль у будові та функціонуванні елементарної живої системи. Тільки клітина, оточена захисною оболонкою, може називатися організмом. Такий процес, як обмін речовин також здійснюється завдяки наявності мембрани. Якщо структурну цілісність її порушено, це призводить до зміни функціонального стану організму в цілому.

Клітинна мембрана та її функції

Вона відокремлює цитоплазму клітини від довкілля чи то з оболонки. Мембрана клітини забезпечує належне виконання специфічних функцій, специфіку міжклітинних контактів та імунних проявів, підтримує трансмембранну різницю електричного потенціалу. У ній є рецептори, здатні сприймати хімічні сигнали - гормони, медіатори та інші активні біологічні компоненти. Ці рецептори наділяють її ще однією здатністю – змінювати метаболічну активність клітини.

Функції мембрани:

1. Активне перенесення речовин.

2. Пасивне перенесення речовин:

2.1. Дифузія проста.

2.2. Перенесення через пори.

2.3. Транспорт, що здійснюється за рахунок дифузії переносника разом з мембранною речовиною або за допомогою передачі по естафеті речовини молекулярної ланцюга переносника.

3. Перенесення неелектролітів завдяки простій та полегшеній дифузії.

Будова мембрани клітини

Складові мембрани клітини - ліпіди та білки.

Ліпіди: фосфоліпіди, фосфатидилетаноламін, сфінгомієлін, фосфатидилінозит і фосфатиділсерін, гліколіпіди. Частка ліпідів становить 40-90%.

Білки: периферичні, інтегральні (глікопротеїни), спектрин, актин, цитоскелет.

Основний структурний елемент – подвійний шар фосфоліпідних молекул.

Покрівельна мембрана: визначення та типологія

Небагато статистики. На території Російської Федерації мембрана як покрівельний матеріал використовується не так вже й давно. Питома вага мембранних покрівель із загальної кількості м'яких перекриттів дахів становить лише 1,5 %. Більше поширення у Росії набули бітумні і мастичні покрівлі. А ось у Західній Європі частку мембранних покрівель припадає 87 %. Різниця відчутна.

Як правило, мембрана в ролі основного матеріалу при перекритті даху ідеально підходить для плоских покрівель. Для тих, хто має великий ухил, вона підходить меншою мірою.

Обсяги виробництва та реалізації мембранних покрівель на вітчизняному ринку мають позитивну тенденцію до зростання. Чому? Причини більш ніж зрозумілі:

Термін експлуатації складає близько 60 років. Уявіть собі лише гарантійний термін використання, який встановлюється виробником, досягає 20 років.
Легкість у монтажі. Для порівняння: монтаж бітумної покрівлі займає в 1,5 рази більше часу, ніж монтаж мембранного перекриття.
Простота в обслуговуванні та проведенні ремонтних робіт.

Товщина покрівельних мембран може становити 0,8-2 мм, а середній показник ваги одного квадратного метра дорівнює 1,3 кг.

Властивості покрівельних мембран:

еластичність;
міцність;
стійкість до впливу ультрафіолетових променів та інших середовищ-агресорів;
морозостійкість;
вогнетривкість.

Мембрана покрівельна буває трьох типів. Головний класифікаційний ознака - вид полімерного матеріалу, що становить основу полотна. Отже, покрівельні мембрани бувають:

належать групі ЕПДМ, виготовлені на основі полімеризованого етилен-пропілен-дієн-мономера, а простіше кажучи, Переваги: висока міцність, еластичність, водонепроникність, екологічність, низька вартість. Недоліки: клейова технологія з'єднання полотен за допомогою спеціальної стрічки, низькі показники міцності з'єднань. Сфера застосування: використовується як гідроізоляційний матеріал для тунельних перекриттів, водних джерел, сховищ відходів, штучних та природних водойм і т.д.
ПВХ-мембрани. Це оболонки, при виробництві яких як основний матеріал використовується полівінілхлорид. Переваги: стійкість до ультрафіолету, вогнетривкість, велика кольорова гама мембранних полотен. Недоліки: низькі показники стійкості до бітумних матеріалів, олій, розчинників; виділяє в атмосферу шкідливі речовини; колір полотна з часом тьмяніє.
ТПО. Виготовляються із термопластичних олефінів. Можуть бути армованими та неармованими. Перші оснащуються сіткою із поліестеру або скловолоконною тканиною. Переваги: екологічність, довговічність, висока еластичність, температуростійкість (як за високих, і за низьких температур), зварні з'єднання швів полотен. Недоліки: висока цінова категорія, відсутність виробників вітчизняному ринку.

Мембрана профільована: характеристика, функції та переваги

Профільовані мембрани – це інновація на будівельному ринку. Така мембрана експлуатується як гідроізоляційний матеріал.

Речовина, що використовується при виготовленні - поліетилен. Останній буває двох типів: поліетилен високого тиску (ПВД) та поліетилен низького тиску (ПНД).

Технічна характеристика мембрани з ПВД та ПНД

Показник
Міцність під час розриву (МРа)
Подовження при розтягуванні (%)
Щільність (кг/куб. м)
Міцність при стисканні (МРа)
Ударна в'язкість (з надрізом) (КДж/кв. м)
Модуль пружності на вигин (МРа)
Твердість (МРа)
Робочий температурний режим (С)	від -60 до +80	від -60 до +80
Добова норма водопоглинання (%)

Профільована мембрана з поліетилену високого тиску має особливу поверхню - пустотілі пухирці. Висота цих утворень може коливатися від 7 до 20 мм. Внутрішня поверхня мембрани – рівна. Це дозволяє безпроблемного згинання будматеріалу.

Зміна форми окремих ділянок мембрани виключена, оскільки тиск по всій її площі розподіляється рівномірно завдяки наявності тих самих виступів. Геомембрана може використовуватися як вентиляційна ізоляція. У такому разі забезпечується вільний тепловий обмін усередині будівлі.

Переваги профільованих мембран:

підвищена міцність;
теплостійкість;
стійкість хімічного та біологічного впливу;
тривалий термін експлуатації (понад 50 років);
простота в установці та обслуговуванні;
доступна вартість.

Профільовані мембрани бувають трьох видів:

з одношаровим полотном;
із двошаровим полотном = геотекстиль + дренажна мембрана;
із тришаровим полотном = слизька поверхня + геотекстиль + дренажна мембрана.

Одношарова профільована мембрана застосовується для захисту основної гідроізоляції, монтажу та демонтажу підготовки бетоном стін із підвищеною вологістю. Двошарову захисну використовують під час оснащення Складається з трьох шарів застосовують на ґрунті, який піддається морозним пученням, і ґрунтовому ґрунту, що знаходиться глибоко.

Сфери використання дренажних мембран

Профільована мембрана знаходить своє застосування у таких областях:

Основна гідроізоляція фундаменту. Забезпечує надійний захист від руйнівного впливу ґрунтових вод, кореневих систем рослин, осідання ґрунту, пошкоджень механічного типу.
Стіновий дренаж фундаменту. Нейтралізує вплив грунтових вод, атмосферних опадів у вигляді переправлення в дренажні системи.
Горизонтальний тип - захист від деформації завдяки структурним особливостям.
Аналог підготовки бетону. Експлуатується у разі проведення будівельних робіт зі зведення будівель у зоні низького залягання ґрунтових вод, у тих випадках, коли використовується горизонтальна гідроізоляція з метою захисту від капілярної вологи. Також функції мембрани профільованої входить непропускання цементного молока в грунт.
Вентиляція стінових поверхонь підвищеного рівня вологості. Може встановлюватися як на внутрішній, так і зовнішній стороні приміщення. У першому випадку активізується повітряна циркуляція, а в другому забезпечується оптимальна вологість та температура.
Інверсійна покрівля, що використовується.

Супердифузійна мембрана

Мембрана супердифузійна є матеріалом нового покоління, головним призначенням якого є захист елементів покрівельної конструкції від вітрових явищ, опадів, пари.

Виробництво захисного матеріалу ґрунтується на використанні нетканих речовин, щільних волокон високої якості. На вітчизняному ринку популярна тришарова та чотиришарова мембрана. Відгуки фахівців та споживачів підтверджують, що чим більше шарів лежить в основі конструкції, тим сильніші її захисні функції, а значить, і вища енергоефективність приміщення в цілому.

Залежно від типу даху, особливостей його конструкції, кліматичних умов, виробники рекомендують надавати перевагу тому чи іншому виду дифузійних мембран. Так, існують вони для скатних покрівель складних та простих конструкцій, для дахів скатного типу з мінімальним ухилом, для покрівель з фальцевим покриттям тощо.

Супердифузійна мембрана укладається безпосередньо на теплоізоляційний шар, настил із дощок. Необхідності у вентиляційному зазорі немає. Кріпиться матеріал спеціальними скобами або залізними цвяхами. Краї дифузійних листів з'єднуються роботи дозволяється проводити навіть за екстремальних умов: при сильних поривах вітру і т.д.

Крім того, що розглядається покриття може використовуватися як тимчасове перекриття даху.

ПВХ-мембрани: сутність та призначення

ПФХ-мембрани - це матеріал для покрівлі, що виготовляється з полівінілхлориду і має еластичні властивості. Такий сучасний покрівельний матеріал витіснив бітумні рулонні аналоги, що мають суттєвий недолік - необхідність систематичного обслуговування та ремонту. Сьогодні характерні особливості ПВХ-мембран дозволяють використовувати їх при проведенні ремонтних робіт на старих покрівлях плоского типу. Застосовуються вони при монтажі нових дахів.

Покрівля з такого матеріалу зручна в експлуатації, а її встановлення можливе на будь-які типи поверхонь, у будь-яку пору року та за будь-яких погодних умов. ПВХ-мембрана має такі властивості:

міцність;
стійкість при впливі УФ-променів, різноманітних атмосферних опадів, точкових та поверхневих навантаженнях.

Саме завдяки своїм унікальним властивостям ПВХ-мембрани служитимуть вам вірою та правдою протягом багатьох років. Термін використання такої покрівлі прирівнюється до терміну експлуатації самої будівлі, тоді як рулонні покрівельні матеріали потребують регулярного ремонту, а в деяких випадках взагалі демонтажу та встановлення нового перекриття.

Між собою мембранні полотна з ПВХ з'єднуються методом зварювання гарячим зітханням, температура якого знаходиться в межах 400-600 градусів за Цельсієм. Така сполука є абсолютно герметичною.

Переваги ПВХ-мембран

Переваги їх очевидні:

гнучкість покрівельної системи, що максимально відповідає будівельному проекту;
міцний, з герметичними властивостями з'єднувальний шов між мембранними полотнами;
ідеальна переносимість зміни клімату, погодних умов, температури, вологості;
підвищена паропроникність, яка сприяє випару вологи, що накопичилася в підпокрівельному просторі;
безліч варіантів колірних рішень;
протипожежні властивості;
здатність тривалий період зберігати первісні властивості та зовнішній вигляд;
ПВХ-мембрана – абсолютно екологічний матеріал, що підтверджується відповідними сертифікатами;
процес монтажу механізований, тому не триватиме багато часу;
правила експлуатації допускають встановлення різних архітектурних доповнень безпосередньо зверху мембранної ПВХ-покрівлі;
одношарове укладання заощадить ваші гроші;
простота в обслуговуванні та ремонті.

Мембранна тканина

Текстильної промисловості мембранна тканина відома давно. З такого матеріалу виготовляється взуття та одяг: дорослий та дитячий. Мембрана - основа мембранної тканини, представлена у вигляді тонкої полімерної плівки і має такі характеристики, як водонепроникність і паропроникність. Для виробництва даного матеріалу цю плівку покривають зовнішнім та внутрішнім захисними шарами. Будова їх визначає сама мембрана. Це робиться з метою збереження всіх корисних властивостей навіть у разі пошкодження. Іншими словами, мембранний одяг не промокає при впливі опадів у вигляді снігу або дощу, але водночас добре пропускає пару від тіла у зовнішнє середовище. Така пропускна здатність дозволяє дихати шкірі.

Враховуючи все вищесказане, можна зробити висновок про те, що з подібної тканини виготовляється ідеальний зимовий одяг. Мембрана, що знаходиться в основі тканини, може бути:

з порами;
без пір;
комбінована.

У складі мембран, що мають безліч мікропор, числиться тефлон. Розміри таких пір не досягають габаритів навіть краплі води, але більше водної молекули, що свідчить про водонепроникність та здатність виводити піт.

Мембрани, які не мають пір, як правило, виготовлені з поліуретану. Їхній внутрішній шар концентрує у собі всі потожирові виділення тіла людини і виштовхує їх назовні.

Будова комбінованої мембрани передбачає наявність двох шарів: пористого і гладкого. Така тканина має високі якісні характеристики і прослужить довгі роки.

Завдяки цим перевагам одяг та взуття, виготовлені з мембранних тканин і призначені для носіння в зимову пору року, міцні, але легкі, чудово захищають від морозу, вологи, пилу. Вони просто незамінні для багатьох активних видів зимового відпочинку, альпінізму.

Клітинна мембрана.
Клітинна мембрана відокремлює вміст будь-якої клітини від довкілля, забезпечуючи її цілісність; регулює обмін між клітиною та середовищем; внутрішньоклітинні мембрани поділяють клітину на спеціалізовані замкнуті відсіки - компартменти чи органели, у яких підтримуються певні умови середовища.
Будова.
Клітинна мембрана є подвійний шар (бішар) молекул класу ліпідів (жирів), більшість з яких є так звані складні ліпіди - фосфоліпіди. Молекули ліпідів мають гідрофільну («головка») та гідрофобну («хвіст») частину. При утворенні мембран гідрофобні ділянки молекул виявляються зверненими всередину, а гідрофільні - назовні. Мембрани - структури дуже схожі в різних організмів. Товщина мембрани складає 7-8 нм. (10-9 метрів)
Гідрофільність- Здатність речовини змочуватися водою.
Гідрофобність- Нездатність речовини змочуватися водою.
Біологічна мембрана включає різні білки:
- інтегральні (що пронизують мембрану наскрізь)
- напівінтегральні (занурені одним кінцем у зовнішній або внутрішній ліпідний шар)
- Поверхневі (розташовані на зовнішній або прилеглі до внутрішньої сторон мембрани).
Деякі білки є точками контакту клітинної мембрани з цитоскелетом всередині клітини і клітинною стінкою (якщо вона є) зовні.
Цитоскелет– клітинний каркас усередині клітини.
Опції.
1) Бар'єрна- забезпечує регульований, вибірковий, пасивний та активний обмін речовин із навколишнім середовищем.
2) Транспортна- через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину та з клітини. матрична – забезпечує певне взаєморозташування та орієнтацію мембранних білків, їх оптимальна взаємодія.
3) Механічна- Забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, а також з'єднання з іншими клітинами (у тканинах). Велику роль забезпечення механічної функції має міжклітинна речовина.
4) Рецепторна- Деякі білки, що знаходяться в мембрані, є рецепторами (молекулами, за допомогою яких клітина сприймає ті чи інші сигнали).
Наприклад, гормони, що циркулюють у крові, діють тільки на такі клітини-мішені, які мають відповідні цим гормонам рецептори. Нейромедіатори (хімічні речовини, що забезпечують проведення нервових імпульсів) теж зв'язуються з особливими білками рецепторів клітин-мішеней.
Гормони- біологічно активні сигнальні хімічні речовини
5) Ферментативна- мембранні білки часто є ферментами. Наприклад, плазматичні мембрани епітеліальних клітин кишківника містять травні ферменти.
6) Здійснення генерації та проведення біопотенціалів.
За допомогою мембрани в клітині підтримується постійна концентрація іонів: концентрація іону К+ усередині клітини значно вища, ніж зовні, а концентрація Na+ значно нижча, що дуже важливо, оскільки це забезпечує підтримку різниці потенціалів на мембрані та генерацію нервового імпульсу.
Нервовий імпульс – хвиля збудження, що передається нервовим волокном.
7) Маркування клітини- На мембрані є антигени, що діють як маркери - «ярлики», що дозволяють пізнати клітину. Це глікопротеїни (тобто білки з приєднаними до них розгалуженими олігосахаридними бічними ланцюгами), що відіграють роль «антен». Через незліченну безліч конфігурації бічних ланцюгів можна створити для кожного типу клітин свій спеціальний маркер. За допомогою маркерів клітини можуть розпізнавати інші клітини і діяти відповідно до них, наприклад, при формуванні органів і тканин. Це дозволяє імунній системі розпізнавати чужорідні антигени.
Особливості проникності.
Клітинні мембрани мають вибіркову проникність: через них повільно проникають різними способами:
Глюкоза – основне джерело енергії.

Амінокислоти – будівельні елементи, з яких складаються всі білки організму.

Жирні кислоти - структурна, енергетична та ін функції.

Гліцерол – залишає організм утримувати воду та зменшує вироблення сечі.

Іони – ферменти для реакцій.

Причому самі мембрани певною мірою активно регулюють цей процес – одні речовини пропускають, а інші – ні. Існує чотири основні механізми для надходження речовин у клітину або виведення їх із клітини назовні:
Пасивні механізми проникності:
1) Дифузія.
Варіантом цього механізму є полегшена дифузія, за якої речовині допомагає пройти через мембрану будь-яка специфічна молекула. Ця молекула може мати канал, що пропускає речовини тільки одного типу.
Дифузія-процес взаємного проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншої.
Осмос– процес односторонньої дифузії через напівпроникну мембрану молекул розчинника у бік більшої концентрації розчиненої речовини.
Мембрана, що оточує нормальну клітину крові, проникна лише для молекул води, кисню, деяких з розчинених у крові поживних речовин та продуктів клітинної життєдіяльності.
Активні механізми проникності:
1) Активний транспорт.
Активний транспорт– перенесення речовини з низької концентрації в область високої.
Активний транспорт вимагає витрат енергії, тому що відбувається в галузі низької концентрації в область високу. На мембрані існують спеціальні білки-насоси, які активно вкачують у клітину іони калію (K+) і викачують з неї іони натрію (Na+), як енергія служать АТФ.
АТФ– Універсальне джерело енергії для всіх біохімічних процесів. .(Докладніше пізніше)
2) Ендоцитоз.
Частинки, з будь-якої причини, не здатні перетнути клітинну мембрану, але необхідні для клітини, можуть проникнути крізь мембрану шляхом ендоцитозу.
Ендоцитоз– процес захоплення зовнішнього матеріалу клітиною.
Виборча проникність мембрани під час пасивного транспорту обумовлена спеціальними каналами - інтегральними білками. Вони пронизують мембрану наскрізь, утворюючи своєрідний прохід. Для елементів K, Na та Cl є свої канали. Щодо градієнта концентрації молекули цих елементів рухаються в клітину та з неї. При подразненні канали іонів натрієвих розкриваються, і відбувається різке надходження в клітину іонів натрію. У цьому відбувається дисбаланс мембранного потенціалу. Після цього мембранний потенціал відновлюється. Канали калію завжди відкриті, через них у клітину повільно потрапляють іони калію.
Будова мембрани
Проникність
Активний транспорт
Осмос
Ендоцитоз

9.5.1. Одна з головних функцій мембран – участь у перенесенні речовин. Цей процес забезпечується за допомогою трьох основних механізмів: простою дифузією, полегшеною дифузією та активним транспортом (рисунок 9.10). Запам'ятайте найважливіші особливості цих механізмів і приклади речовин, що транспортуються в кожному випадку.

Малюнок 9.10.Механізми транспортування молекул через мембрану

Проста дифузія- перенесення речовин через мембрану без спеціальних механізмів. Транспорт відбувається за градієнтом концентрації без витрати енергії. Шляхом простої дифузії транспортуються малі біомолекули - Н2 Про, СО2, О2, сечовина, гідрофобні низькомолекулярні речовини. Швидкість простої дифузії пропорційна концентрації градієнту.

Полегшена дифузія- перенесення речовин через мембрану за допомогою білкових каналів чи спеціальних білків-переносників. Здійснюється за градієнтом концентрації без витрати енергії. Транспортуються моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, гліцерол, деякі іони. Характерна кінетика насичення - при певній (насичувальної) концентрації речовини, що переноситься, в переносі беруть участь всі молекули переносника і швидкість транспорту досягає граничної величини.

Активний транспорт- також вимагає участі спеціальних білків-переносників, але перенесення відбувається проти концентрації градієнта і тому вимагає витрати енергії. За допомогою цього механізму через клітинну мембрану транспортуються іони Na+, K+, Ca2+, Mg2+, через мітохондріальну – протони. Для активного транспорту речовин характерна кінетика насичення.

9.5.2. Прикладом транспортної системи, що здійснює активний транспорт іонів, є Na+, K+-аденозинтрифосфатаза (Na+, K+-АТФаза або Na+, K+-насос). Цей білок знаходиться в товщі плазматичної мембрани та здатний каталізувати реакцію гідролізу АТФ. Енергія, що виділяється при гідролізі 1 молекули АТФ, використовується для перенесення 3 іонів Na+ із клітини у позаклітинний простір та 2 іонів К+ у зворотному напрямку (рисунок 9.11). Внаслідок дії Na+,K+-АТФази створюється різниця концентрацій між цитозолем клітини та позаклітинною рідиною. Оскільки перенесення іонів нееквівалентний, виникає різниця електричних потенціалів. Таким чином, виникає електрохімічний потенціал, який складається з енергії різниці електричних потенціалів Δφ та енергії різниці концентрацій речовин ΔС по обидва боки мембрани.

Малюнок 9.11.Схема Na+, K+-насоса.

9.5.3. Перенесення через мембрани частинок та високомолекулярних сполук

Поряд із транспортом органічних речовин та іонів, здійснюваним переносниками, в клітині існує зовсім особливий механізм, призначений для поглинання клітиною та виведення з неї високомолекулярних сполук за допомогою зміни форми біомембрани. Такий механізм називають везикулярним транспортом.

Малюнок 9.12.Типи везикулярного транспорту: 1 – ендоцитоз; 2 – екзоцитоз.

При перенесенні макромолекул відбувається послідовне утворення та злиття оточених мембраною бульбашок (везикул). У напрямку транспорту та характеру переносимих речовин розрізняють такі типи везикулярного транспорту:

Ендоцитоз(рисунок 9.12, 1) - перенесення речовин у клітину. Залежно від розміру везикул, що утворюються, розрізняють:

а) піноцитоз - поглинання рідини та розчинених макромолекул (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот) за допомогою невеликих бульбашок (150 нм у діаметрі);

б) фагоцитоз - поглинання великих частинок, таких як мікроорганізми або уламки клітин. І тут утворюються великі бульбашки, звані фагосомами діаметром понад 250 нм.

Піноцитоз характерний більшості еукаріотичних клітин, тоді як великі частинки поглинаються спеціалізованими клітинами - лейкоцитами і макрофагами. На першій стадії ендоцитозу речовини або частки адсорбуються на поверхні мембрани, цей процес відбувається без енергії. На наступній стадії мембрана з адсорбованою речовиною заглиблюється у цитоплазму; Локальні вп'ячування плазматичної мембрани, що утворилися, відшнуровуються від поверхні клітини, утворюючи бульбашки, які потім мігрують всередину клітини. Цей процес пов'язаний системою мікрофіламентів та є енергозалежним. Бульбашки і фагосоми, що надійшли в клітину, можуть зливатися з лізосомами. Ферменти, що містяться в лізосомах, розщеплюють речовини, що містяться в бульбашках і фагосомах до низькомолекулярних продуктів (амінокислот, моносахаридів, нуклеотидів), які транспортуються в цитозоль, де вони можуть бути використані клітиною.

Екзоцитоз(Рисунок 9.12, 2) - перенесення частинок і великих сполук з клітини. Цей процес, як і ендоцитоз, протікає із поглинанням енергії. Основними різновидами екзоцитозу є:

а) секреція - виведення з клітин водорозчинних сполук, які використовуються або впливають на інші клітини організму. Може здійснюватися як неспеціалізованими клітинами, так і клітинами ендокринних залоз, слизової оболонки шлунково-кишкового тракту, пристосованими для секреції вироблених ними речовин (гормонів, нейромедіаторів, проферментів) залежно від певних потреб організму.

Секретовані білки синтезуються на рибосомах, пов'язаних з мембранами шорсткого ендоплазматичного ретикулуму. Потім ці білки транспортуються до апарату Гольджі, де вони модифікуються, концентруються, сортуються, потім упаковуються в бульбашки, які відщеплюються в цитозоль і надалі зливаються з плазматичною мембраною, так що вміст бульбашок виявляється поза клітиною.

На відміну від макромолекул, частинки малих розмірів, що секретуються, наприклад, протони, транспортуються з клітини за допомогою механізмів полегшеної дифузії та активного транспорту.

б) екскреція - видалення з клітин речовин, які не можуть бути використані (наприклад, видалення в ході еритропоезу з ретикулоцитів сітчастої субстанції, що являє собою агреговані залишки органел). Механізм екскреції, мабуть, полягає в тому, що спочатку частинки, що виділяються, виявляються в цитоплазматичному бульбашці, який потім зливається з плазматичною мембраною.

Ні для кого не секрет, що всі живі істоти на нашій планеті складаються з їх клітин, цих незліченних органічної матерії. Клітини ж у свою чергу оточені спеціальною захисною оболонкою – мембраною, що грає дуже важливу роль у життєдіяльності клітини, причому функції клітинної мембрани не обмежуються лише захистом клітини, а є складним механізмом, що бере участь у розмноженні, харчуванні, регенерації клітини.

Що таке клітинна мембрана

Саме слово «мембрана» з латині перекладається як «плівка», хоча мембрана є не просто свого роду плівкою, в яку обгорнута клітина, а сукупність двох плівок, з'єднаних між собою і з різними властивостями. Насправді клітинна мембрана це тришарова ліпопротеїнова (жиро-білкова) оболонка, що відокремлює кожну клітину від сусідніх клітин та навколишнього середовища, і здійснює керований обмін між клітинами та навколишнім середовищем, так звучить академічне визначення того, що являє собою клітинна мембрана.

Значення мембрани просто величезне, адже вона не просто відокремлює одну клітину від іншої, а й забезпечує взаємодію клітини як з іншими клітинами, так і навколишнім середовищем.

Історія дослідження клітинної мембрани

Важливий внесок у дослідження клітинної мембрани було зроблено двома німецькими вченими Гортером та Гренделем у далекому 1925 році. Саме тоді їм вдалося провести складний біологічний експеримент над червоними кров'яними тільцями – еритроцитами, в ході яких вчені отримали так звані «тіні», порожні оболонки еритроцитів, які склали в одну стопку та виміряли площу поверхні, а також вирахували кількість ліпідів у них. На підставі отриманої кількості ліпідів вчені прийшли до висновку, що їх вистачає на подвійний шар клітинної мембрани.

В 1935 ще одна пара дослідників клітинної мембрани, цього разу американці Даніель і Доусон після цілої серії довгих експериментів встановили вміст білка в клітинній мембрані. Інакше ніяк не можна було пояснити, чому мембрана має такий високий показник поверхневого натягу. Вчені дотепно представили модель клітинної мембрани у вигляді сендвіча, в якому роль хліба грають однорідні ліпідо-білкові шари, а між ними замість олії – порожнеча.

У 1950 році з появою електронного теорію Даніеля та Доусона вдалося підтвердити вже практичними спостереженнями – на мікрофотографіях клітинної мембрани були чітко видно шари з ліпідних та білкових головок і також порожній простір між ними.

У 1960 році американський біолог Дж. Робертсон розробив теорію про тришарову будову клітинних мембран, яка довгий час вважалася єдиною вірною, але з подальшим розвитком науки стали з'являтися сумніви в її непогрішності. Так, наприклад, з погляду клітин було б складно і трудомістко транспортувати необхідні корисні речовини через весь «сендвіч»

І лише в 1972 році американські біологи С. Сінгер і Г. Ніколсон змогли пояснити нестикування теорії Робертсона за допомогою нової рідинно-мозаїчної моделі клітинної мембрани. Зокрема вони встановили, що клітинна мембрана не однорідна за своїм складом, більше того – асиметрична і наповнена рідиною. До того ж клітини перебувають у постійному русі. А горезвісні білки, які входять до складу клітинної мембрани мають різні будови та функції.

Властивості та функції клітинної мембрани

Тепер давайте розберемо, які функції виконує клітинна мембрана:

Бар'єрна функція клітинної мембрани — мембрана як справжнісінький прикордонник, стоїть на варті кордонів клітини, затримуючи, не пропускаючи шкідливі або просто невідповідні молекули

Транспортна функція клітинної мембрани – мембрана не лише прикордонником біля воріт клітини, а й своєрідним митним пропускним пунктом, крізь неї постійно проходить обмін корисними речовинами коїться з іншими клітинами і довкіллям.

Матрична функція – саме клітинна мембрана визначає розташування одне одного, регулює взаємодію між ними.

Механічна функція відповідає за обмеження однієї клітини від іншої і паралельно за правильно з'єднання клітин один з одним, за формування їх в однорідну тканину.

Захисна функція клітинної мембрани є основою побудови захисного щита клітини. У природі прикладом цієї функції може бути тверда деревина, щільна шкірка, захисний панцир, все це завдяки захисній функції мембрани.

Ферментативна функція – ще одна важлива функція, яку здійснюють деякі білки клітини. Наприклад, завдяки цій функції в епітелії кишечника відбувається синтез травних ферментів.

Крім того через клітинну мембрану здійснюється клітинний обмін, який може проходити трьома різними реакціями:

Фагоцитоз - це клітинний обмін, при якому вбудовані в мембрану клітини-фагоцити захоплюють та перетравлюють різні поживні речовини.
Піноцитоз - це процес захоплення мембраною клітини, що стикаються з нею молекули рідини. Для цього на поверхні мембрани утворюються спеціальні вусики, які ніби оточують краплю рідини, утворюючи бульбашку, яка згодом «ковтається» мембраною.
Екзоцитоз – це зворотний процес, коли клітина через мембрану виділяє секреторну функціональну рідину на поверхню.

Будова клітинної мембрани

У клітинній мембрані є ліпіди трьох класів:

фосфоліпіди (є комбінацією жирів і фосфору),
гліколіпіди (є комбінацією жирів і вуглеводів),
холестерол.

Фосфоліпіди і гліколіпіди у свою чергу складаються з гідрофільної головки, в яку відходять два довгі гідрофобні хвостики. Холестерол займає простір між цими хвостиками, не даючи їм згинатися, все це в деяких випадках робить мембрану певних клітин дуже жорсткою. Крім цього молекули холестеролу впорядковують структуру клітинної мембрани.

Але як би там не було, а найважливішою частиною будови клітинної мембрани є білок, точніше різні білки, що грають різні важливі ролі. Незважаючи на різноманітність білків, що містяться в мембрані, є щось, що їх об'єднує – навколо всіх білків мембрани розташовані аннулярні ліпіди. Анулярні ліпіди – це особливі структуровані жири, які є своєрідною захисною оболонкою для білків, без якої вони просто не працювали.

Структура клітинної мембрани має три шари: основу клітинної мембрани складає рідкий однорідний біліпідний шар. Білки ж покривають його з обох боків на кшталт мозаїки. Саме білки крім описаних вище функцій також грають роль своєрідних каналів, якими крізь мембрану проходять речовини, нездатні проникнути через рідкий шар мембрани. До таких відносяться, наприклад, іони калію та натрію, для їх проникнення через мембрану природою передбачені спеціальні іонні канали клітинних мембран. Іншими словами білки забезпечують проникність клітинних мембран.

Якщо дивитися на клітинну мембрану через мікроскоп, ми побачимо шар ліпідів, утворений маленькими кулястими молекулами яким плавають немов морем білки. Тепер ви знаєте які речовини входять до складу клітинної мембрани.

Клітинна мембрана, відео

І на завершення освітнє відео про клітинну мембрану.