Будова клітинної мембрани та її функції. Яку функцію виконує клітинна мембрана - її властивості та функції

text_fields

arrow_upward

Клітини відокремлені від внутрішнього середовищаорганізму клітинною чи плазматичною мембраною.

Мембрана забезпечує:

1) Виборче проникнення в клітину та з неї молекул та іонів, необхідних для виконання специфічних функцій клітин;
2) Виборчий транспорт іонів через мембрану, підтримуючи трансмембранну різницю електричного потенціалу;
3) Специфіку міжклітинних контактів.

Завдяки наявності в мембрані численних рецепторів, що сприймають хімічні сигнали – гормони, медіатори та інші біологічно активні речовинивона здатна змінювати метаболічну активність клітини. Мембрани забезпечують специфіку імунних проявів завдяки наявності на них антигенів - структур, що викликають утворення антитіл, здатних специфічно зв'язуватися з цими антигенами.
Ядро та органели клітини також відокремлені від цитоплазми мембранами, які попереджають вільний рухводи та розчинених у ній речовин з цитоплазми в них і навпаки. Це створює умови для поділу біо хімічних процесів, що протікають у різних відсіках (компартментах) усередині клітини.

Структура мембрани клітини

text_fields

arrow_upward

Мембрана клітини – еластична структура, товщиною від 7 до 11 нм (рис.1.1). Вона складається в основному з ліпідоа та білків. Від 40 до 90% всіх ліпідів складають фосфоліпіди - фосфатидилхолін, фосфатидилетаноламін, фосфатидилсерін, сфінгомієлін і фосфатидилінозіт. Важливим компонентоммембрани є гліколіпідами, представленими цереброзидами, сульфатидами, гангліозидами та холестерином.

Рис. 1.1 Організація мембрани.

Основною структурою мембрани клітиниє подвійний шар фосфоліпідних молекул. За рахунок гідрофобних взаємодій вуглеводні ланцюжки ліпідних молекул утримуються один біля одного у витягнутому стані. Групи фосфоліпідних молекул обох шарів взаємодіють з білковими молекулами, зануреними в ліпідну мембрану. Завдяки тому, що більшість ліпідних компонентів бислоя знаходиться в рідкому стані, мембрана має рухливість, здійснює хвилеподібні рухи. Її ділянки, а також білки, занурені в ліпідний бішар, перемішуються з однієї частини до іншої. Рухливість (плинність) мембран клітин полегшує процеси транспортування речовин через мембрану.

Білки мембрани клітинпредставлені, переважно, глікопротеїнами. Розрізняють:

інтегральні білки, що проникають через всю товщу мембрани та
периферичні білки, прикріплені лише до поверхні мембрани, в основному до внутрішньої її частини.

Периферичні білки Багато функціонують як ензими (ацетилхолінестераза, кисла і шовкова фосфатази та інших.). Але деякі ензими також представлені інтегральними білками – АТФ-аза.

Інтегральні білки забезпечують селективний обмін іонів через канали мембран між екстрацелюлярною та інтрацелюлярною рідиною, а також діють як білки - переносники великих молекул.

Рецептори та антигени мембрани можуть бути представлені як інтегральними, так і периферичними білками.

Білки, що примикають до мембрани з цитоплазматичної сторони, відносяться до цитоскелету клітини . Вони можуть прикріплюватись до мембранних білків.

Так, білок смуги 3 (Номер смуги при електрофорезі білків) еритроцитарних мембран об'єднується в ансамбль з іншими молекулами цитоскелета - спектрином через низькомолекулярний анкірин білок (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Схема розташування білків у примембранному цитоскелеті еритроцитів.
1 – спектрин; 2 – анкірін; 3 - білок смуги 3; 4 – білок смуги 4,1; 5 – білок смуги 4,9; 6 - олігомер актину; 7 – білок 6; 8 – гпікофорин А; 9 – мембрана.

Спектрін є основним білком цитоскелета, що становить двомірну мережу, до якої прикріплюється актин.

Актін утворює мікрофіламенти, що є скорочувальним апаратом цитоскелета.

Цитоскелетдозволяє клітині виявляти гнучкоеластичні властивості, забезпечує додаткову міцність мембрани.

Більшість інтегральних білків – глікопротеїни. Їхня вуглеводна частина виступає з клітинної мембрани назовні. Багато глікопротеїнів мають великий негативний заряд через значний вміст сіалової кислоти (наприклад, молекула глікофорину). Це забезпечує поверхні більшості клітин негативний заряд, сприяючи відштовхуванню інших негативно заряджених об'єктів Вуглеводні виступи глікопротеїнів є носіями антигенів груп крові, інших антигенних клітин детермінантів, вони діють як рецептори, що зв'язують гормони. Глікопротеїни утворюють адгезивні молекули, що зумовлюють прикріплення клітин одна одній, тобто. тісні міжклітинні контакти.

Особливості обміну речовин у мембрані

text_fields

arrow_upward

Мембранні компоненти схильні до багатьох метаболічних перетворень під впливом ферментів, розташованих на їх мембрані або всередині неї. До них відносяться окислювальні ферменти, що відіграють важливу роль у модифікації гідрофобних елементів мембран - холестерину та ін. У мембранах при активації ферментів - фосфоліпаз відбувається утворення з арахідонової кислоти біологічно активних сполук - простагландинів та їх похідних. В результаті активації метаболізму фосфоліпідів у мембрані утворюються тромбоксани, лейкотрієни, що мають сильний вплив на адгезію тромбоцитів, процес запалення та ін.

У мембрані безперервно протікають процеси оновлення її компонентів . Так, час життя мембранних білків коливається від 2 до 5 днів. Однак у клітині існують механізми, що забезпечують доставку новостворених синтезованих молекул білка до мембранних рецепторів, що полегшує вбудовування білка в мембрану. Впізнавання даного рецептора знову синтезованим білком полегшується утворенням сигнального пептиду, що допомагає знайти на мембрані рецептор.

Ліпіди мембрани відрізняються також значною швидкістю обмінущо вимагає синтезу цих компонентів мембрани великої кількостіжирних кислот.
На специфіку ліпідного складу мембран клітин впливають зміни довкілля людини, характеру його харчування.

Наприклад, збільшення їжі жирних кислот з ненасиченими зв'язкамизбільшує рідкий станліпідів мембран клітин різних тканин, що призводить до сприятливої для функції мембрани клітини зміни ставлення фосфоліпідів до сфінгомієлінів і ліпідів до білків.

Надлишок холестерину в мембранах, навпаки, збільшує мікров'язкість їх бислоя фосфоліпідних молекул, знижуючи швидкість дифузії деяких речовин через мембрани клітин.

Їжа, збагачена вітамінами А, Е, С, Р покращує обмін ліпідів у мембранах еритроцитів, знижує мікров'язкість мембран. Це підвищує деформованість еритроцитів, полегшує виконання ними транспортної функції(Глава 6).

Дефіцит жирних кислот та холестеринуу їжі порушує ліпідний склад та функції мембран клітин.

Наприклад, дефіцит жирів порушує функції мембрани нейтрофілів, що пригнічує їх здатність до руху та фагоцитозу (активне захоплення та поглинання мікроскопічних сторонніх живих об'єктів та твердих частинок одноклітинними організмамиабо деякими клітинами).

У регулюванні ліпідного складу мембран та їх проникності, регуляції проліферації клітинважливу роль відіграють активні формикисню, що утворюються в клітині, пов'язано з нормально протікаючими метаболічними реакціями (мікросомальним окисленням та ін.).

Утворені активні форми кисню- супероксидний радикал (О 2), перекис водню (H 2 Про 2) та ін. є надзвичайно реакційноздатними речовинами. Їх основним субстратом у реакціях вільнорадикального окиснення є ненасичені жирні кислоти, що входять до складу фосфоліпідів мембран клітини (так звані реакції перекисного окиснення ліпідів). Інтенсифікація цих реакцій може спричинити пошкодження мембрани клітини, її бар'єрної, рецепторної та обмінної функцій, модифікацію молекул нуклеїнових кислот та білків, що веде до мутацій та інактивації ферментів.

У фізіологічних умовах інтенсифікація перекисного окислення ліпідів регулюється антиоксидазною системою клітин, представленою ферментами, що інактивують активні форми кисню - супероксиддисмутазою, каталазою, пероксидазою і речовинами, що володіють антиокислювальною активністю - токоферолом (вітамін Е і). ефект) при різних шкідливих впливах на організм надають простагландини Е і J2, «гасячи» активацію вільнорадикального окислення. Простагландини захищають слизову оболонку шлунка та гепатоцити від хімічних ушкоджень, нейрони, клітини нейроглії, кардіоміоцити - від гіпоксичних ушкоджень, скелетні м'язи - при тяжкій фізичного навантаження. Простагландини, зв'язуючись зі специфічними рецепторами на клітинних мембранах, стабілізують бислой останніх, зменшують втрату мембранами фосфоліпідів.

Функції рецепторів мембран

text_fields

arrow_upward

Хімічний чи механічний сигнал спочатку сприймається рецепторами мембрани клітини. Наслідком цього є хімічна модифікація мембранних білків, що тягне за собою активацію «вторинних посередників», що забезпечують швидке поширення сигналу в клітині до її геному, ензимів, скорочувальних елементів і т.д.

Схематично трансмембранна передача сигналу клітині може бути представлена наступним чином:

1) Збуджений сприйнятим сигналом рецептор активує у білки мембрани клітини. Це відбувається при зв'язуванні ними гуанозинтрифосфату (ГТФ).

2) Взаємодія комплексу «ГТФ-у-білки», своєю чергою, активує фермент - попередник вторинних посередників, розташований внутрішній боці мембрани.

Попередником одного вторинного посередника – цАМФ, що утворюється з АТФ, є фермент аденілатциклазу;
Попередником інших вторинних посередників - інозитолтрифосфату і діацилгліцерину, що утворюються з фосфатидилінозитол-4,5-дифосфату мембрани, є фермент фосфоліпаза С. Крім того, інозитолтрифосфат мобілізує в клітині ще один вторинний посередник - іони кальцію. Так, наприклад, інозитолтрифосфат, що утворився, викликає викид кальцію з ендоплазматичного ретикулуму і підвищення його концентрації в цитоплазмі, тим самим включаючи різні форми клітинної відповіді. За допомогою інозитолтрифосфату та діацилгліцерину регулюється функція гладких м'язів та В-клітин підшлункової залози ацетилхоліном, передньої частки гіпофізу тиреогропін-релізинг фактором, відповідь лімфоцитів на антиген тощо.
У деяких клітинах роль вторинного посередника виконує цГМФ, що утворюється з ГТФ ферментом гуанілатциклази. Він служить, наприклад, вторинним посередником для натрійуретичного гормону в гладких м'язах стінок кровоносних судин. ЦАМФ служить вторинним посередником для багатьох гормонів – адреналіну, еритропоетину та ін. (Глава 3).

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

Що таке мембрана?

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

Структурної та функціональною одиницеювсіх живих організмів планети є клітина. Життєдіяльність її нерозривно пов'язана з довкіллям, з якою 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 елементмає власну мембрану.

Роль у життєдіяльності клітини

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

Клітинна мембрана та її функції

Вона відокремлює цитоплазму клітини від зовнішнього середовищачи від 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 Федераціїмембрана як покрівельний матеріал використовується не так вже й давно. Питома вага мембранних покрівель з загальної кількостім'яких перекриттів дахів становить лише 1,5 %. Більше широке розповсюдженняв Росії отримали бітумні та мастичні покрівлі. А ось у Західної Європичастку мембранних покрівель доводиться 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 показникваги одного квадратного метра дорівнює 1,3 кг.

Властивості покрівельних мембран:

еластичність;
міцність;
стійкість до дії ультрафіолетових променівта 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 групіЕПДМ, 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 при високих, так і при низьких температурах), 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 поверхнямембрана рівна. Це дає можливість 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 захиствід 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 при екстремальних умов: у При сильних поривахвітру 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. На сьогоднішній день характерні особливостіПВХ-мембран дозволяють використовувати їх під час проведення 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 властивостямПВХ-мембрани будуть служити 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 матеріалуцю плівку покривають зовнішнім та внутрішнім захисними шарами. Будова їх визначає сама мембрана. Робиться це з метою збереження всіх корисних властивостейнавіть у разі ушкодження. Іншими словами, мембранний одяг не промокає при впливі опадів у вигляді снігу або дощу, але в той же час добре пропускає пару від тіла до зовнішнього середовища. 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 безлічі активних видівзимовий відпочинок, альпінізму.

Зовнішня клітинна мембрана(плазмалема, цитолема, плазматична мембрана) тварин клітинпокрита зовні (тобто на стороні, що не контактує з цитоплазмою) шаром олігосахаридних ланцюгів, ковалентно приєднаних до мембранних білків (глікопротеїни) і меншою мірою до ліпідів (гліколіпіди). Це вуглеводне покриття мембрани називається глікоколіксом.Призначення глікокаліксу поки що не дуже зрозуміле; є припущення, що ця структура бере участь у процесах міжклітинного впізнавання.

У рослинних клітинповерх зовнішньої клітинної мембрани розташовується щільний целюлозний шар із порами, через які здійснюється зв'язок між сусідніми клітинами за допомогою цитоплазматичних містків.

У клітин грибівповерх плазмалеми – щільний шар хітіна.

У бактерій – муреїну.

Властивості біологічних мембран

1. Здатність до самоскладанняпісля руйнівних дій. Ця властивість визначається фізико-хімічними особливостями фосфоліпідних молекул, які у водному розчині збираються разом так, що гідрофільні кінці молекул розвертаються назовні, а гідрофобні – усередину. У готові фосфоліпідні шари можуть вбудовуватися білки. Здатність до самоскладання має важливе значення на клітинному рівні.

2. Напівпроникність(виборчість у пропущенні іонів та молекул). Забезпечує підтримку сталості іонного та молекулярного складу у клітині.

3. Плинність мембран. Мембрани не є жорсткими структурами, вони постійно флюктують за рахунок обертальних та коливальних рухів молекул ліпідів та білків. Це забезпечує більшу швидкість перебігу ферментативних та інших хімічних процесів у мембранах.

4. Фрагменти мембран не мають вільних кінців, оскільки замикаються у бульбашки.

Функції зовнішньої клітинної мембрани (плазмалеми)

Основними функціями плазмалеми є такі: 1) бар'єрна, 2) рецепторна, 3) обмінна, 4) транспортна.

1. Бар'єрна функція.Вона виявляється у тому, що плазмалема обмежує вміст клітини, відокремлюючи його від зовнішнього середовища, а внутрішньоклітинні мембрани поділяють цитоплазму на окремі реакційні відсіки-компартменти.

2. Рецепторна функція.Однією з найважливіших функцій плазмалеми є забезпечення комунікації (зв'язку) клітини із зовнішнім середовищем за допомогою присутнього в мембранах рецепторного апарату, що має білкову або глікопротеїнову природу. Основна функція рецепторних утворень плазмалеми - розпізнавання зовнішніх сигналів, завдяки яким клітини правильно орієнтуються та утворюють тканини у процесі диференціювання. З рецепторною функцією пов'язана діяльність різних регуляторних систем, а також формування імунної відповіді.

Обмінна функціявизначається вмістом у біологічних мембранах ферментних білків, що є біологічними каталізаторами. Їхня активність змінюється в залежності від рН середовища, температури, тиску, від концентрації як субстрату, так і самого ферменту. Ферменти визначають інтенсивність ключових реакцій метаболізму, а також їхспрямованість.

Транспортна функція мембран.Мембрана забезпечує вибіркове проникнення в клітину та з клітини в навколишнє середовище різних хімічних речовин. Транспорт речовин необхідний підтримки у клітині відповідного рН, належної іонної концентрації, що забезпечує ефективність роботи клітинних ферментів. Транспорт постачає поживні речовини, які є джерелом енергії, а також матеріалом для утворення різних клітинних компонентів. Від нього залежить виведення з клітини токсичних відходів, секреція різних корисних речовин та створення іонних градієнтів, необхідних для нервової та м'язової активності. Зміна швидкості перенесення речовин може призводити до порушень біоенергетичних процесів, водно-сольового обміну, збудливості та інших процесів. Корекція цих змін є основою дії багатьох лікарських препаратів.

Існує два основних способи надходження речовин у клітину та виведення з клітини у зовнішнє середовище;

пасивний транспорт,

активний транспорт.

Пасивний транспортйде градієнтом хімічної чи електрохімічної концентрації без витрат енергії АТФ. Якщо молекула транспортованої речовини немає заряду, то напрям пасивного транспорту визначається лише різницею концентрації цієї речовини з обох боків мембрани (градієнт хімічної концентрації). Якщо ж молекула заряджена, то її транспорт впливають як градієнт хімічної концентрації, і електричний градієнт (мембранний потенціал).

Обидва градієнти разом становлять електрохімічний градієнт. Пасивний транспорт речовин може здійснюватися двома способами простою дифузією та полегшеною дифузією.

При простій дифузіїіони солей і вода можуть проникати через селективні канали. Ці канали утворюються за рахунок деяких трансмембранних білків, що формують наскрізні транспортні шляхи, відкриті постійно або лише на короткий час. Через селективні канали проникають різні молекули, що мають відповідні каналам розмір та заряд.

Є й інший шлях простої дифузії - це дифузія речовин через ліпідний бішар, через який легко проходять жиророзчинні речовини та вода. Ліпідний бішар непроникний для заряджених молекул (іонів), і в той же час незаряджені малі молекули можуть вільно дифундувати, при цьому чим менше молекула, тим швидше вона транспортується. Досить велика швидкість дифузії води через ліпідний бислой якраз і пояснюється малою величиною її молекул та відсутністю заряду.

При полегшеній дифузіїу транспорті речовин беруть участь білки – переносники, які працюють за принципом «пінг-понг». Білок при цьому існує в двох конформаційних станах: у стані «понг» ділянки зв'язування речовини, що транспортується, відкриті з зовнішнього боку бислоя, а в стані «пінг» такі ж ділянки відкриваються з іншого боку. Цей процес оборотний. З якого боку в даний момент часу буде відкрито ділянку зв'язування речовини, залежить від градієнта концентрації, цієї речовини.

Таким способом через мембрану проходять цукри та амінокислоти.

При полегшеній дифузії швидкість транспортування речовин значно зростає порівняно з простою дифузією.

Крім білків-переносників, у полегшеній дифузії беруть участь деякі антибіотики, наприклад, граміцидин та валіноміцин.

Оскільки вони забезпечують транспорт іонів, їх називають іонофорами.

Активний транспорт речовин у клітині.Цей вид транспорту завжди йде із витратою енергії. Джерелом енергії, яка потрібна на активного транспорту, є АТФ. Характерною особливістю цього виду транспорту є те, що він здійснюється двома способами:

за допомогою ферментів, які називаються АТФ-азами;

транспорт у мембранній упаковці (ендоцитоз).

У зовнішньої клітинної мембрани присутні такі білки-ферменти, як АТФ-ази,функція яких полягає у забезпеченні активного транспорту іонів проти концентрації градієнта.Оскільки вони забезпечують транспорт іонів, цей процес називають іонним насосом.

Відомі чотири основні системи транспорту іонів у тваринній клітині. Три з них забезпечують перенесення через біологічні мембрани. Na + і К +, Са +, Н +, а четвертий - перенесення протонів при роботі дихального ланцюга мітохондрії.

Прикладом механізму активного транспорту іонів може бути натрій-калієвий насос у тваринних клітинах.Він підтримує в клітині постійну концентрацію іонів натрію та калію, яка відрізняється від концентрації цих речовин у навколишньому середовищі: у нормі у клітині іонів натрію буває менше, ніж у навколишньому середовищі, а калію – більше.

Внаслідок цього за законами простої дифузії калій прагне піти з клітини, а натрій дифундує клітину. На противагу простий дифузії натрій - калієвий насос постійно викачує з клітини натрій і вводить калій: на три молекули натрію, що викидається назовні, припадає дві молекули калію, що вводиться в клітину.

Забезпечує цей транспорт іонів натрій-калій залежна АТФ-аза-фермент, що локалізується в мембрані таким чином, що пронизує всю її товщу, З внутрішньої сторони мембрани до цього ферменту надходить натрій і АТФ, а з зовнішньої - калій.

Перенесення натрію та калію через мембрану відбувається в результаті конформаційних змін, які зазнає натрій-калій залежна АТФ-аза, що активізується при підвищенні концентрації натрію всередині клітини або калію у навколишньому середовищі.

Для енергозабезпечення цього насоса потрібний гідроліз АТФ. Цей процес забезпечує той самий фермент натрій-калій залежна АТФ-аза. При цьому більше однієї третини АТФ, що споживається тваринною клітиною у стані спокою, витрачається на роботу натрій. калієвого насоса.

Порушення правильної роботи натрій – калієвого насоса призводить до різних серйозних захворювань.

ККД цього насоса перевищує 50%, чого не досягають найдосконаліші машини, створені людиною.

Багато систем активного транспорту приводять у дію з допомогою енергії, запасеної в іонних градієнтах, а чи не шляхом прямого гідролізу АТФ. Усі вони працюють як котранспортні системи (що сприяють транспорту низькомолекулярних сполук). Наприклад, активний транспорт деяких цукрів та амінокислот усередину тварин клітин обумовлюється градієнтом іону натрію, причому чим вищий градієнт іонів натрію, тим більша швидкість всмоктування глюкози. І навпаки, якщо концентрація натрію в міжклітинному просторі помітно зменшується, транспорт глюкози зупиняється. При цьому натрій повинен приєднатися до натрій - залежного білка-переносника глюкози, який має дві ділянки зв'язування: одну для глюкози, іншу для натрію. Іони натрію, що проникають у клітину, сприяють введенню в клітину та білка-переносника разом з глюкозою. Іони натрію, що проникли в клітину разом з глюкозою, викачуються назад натрій-калій залежною АТФ-азою, яка, підтримуючи градієнт концентрації натрію, непрямим шляхомконтролює транспорт глюкози.

Транспорт речовин у мембранній упаковці.Великі молекули біополімерів практично не можуть проникати через плазмалемму жодним з вищеописаних механізмів транспортування речовин у клітину. Вони захоплюються клітиною та поглинаються у мембранній упаковці, що отримало назву ендоцитозу. Останній формально поділяють на фагоцитоз та піноцитоз. Захоплення клітиною твердих частинок – це фагоцитоз, а рідких - піноцитоз. При ендоцитозі спостерігаються такі стадії:

рецепція поглинається за рахунок рецепторів в мембрані клітин;

інвагінація мембрани з утворенням бульбашки (везикули);

відрив ендоцитозної бульбашки від мембрани з витратою енергії освіта фагосомита відновлення цілісності мембрани;

Злиття фагосоми з лізосомою та освіта фаголізосоми (травної вакуолі) у якій відбувається перетравлення поглинених частинок;

виведення неперетравленого у фаголізосомі матеріалу з клітини ( екзоцитоз).

У тваринному світі ендоцитозє характерним способом харчування багатьох одноклітинних організмів (наприклад, у амеб), а серед багатьох клітинних цей вид перетравлення харчових частинок зустрічається в ентодермальних клітинах у кишковопорожнинних. Що стосується ссавців і людини, то у них є ретикуло-гістіо-ендотеліальна система клітин, що мають здатність до ендоцитозу. Прикладом можуть бути лейкоцити крові і купферівські клітини печінки. Останні вистилають так звані синусоїдні капіляри печінки та захоплюють зважені в крові різні чужорідні частки. Екзоцитоз- це і спосіб виведення з клітини багатоклітинного організму субстрату, що секретується нею, необхідного для функції інших клітин, тканин і органів.

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, що здійснюється деякими білками 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 самої важливою частиноюбудови 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 становить однорідний рідкий шар біліпіду. 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 відеопро клітинну мембрану.

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 подібні у 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 усередині 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 з навколишнім середовищем.
2) Транспортна- через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину та з клітини.матрична - забезпечує певне взаєморозташування та орієнтацію мембранних білків, їх оптимальну взаємодію.
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 рецепторними білками 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, 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 чого мембранний потенціалвідновлюється. Канали калію завжди відкриті, через них у клітину повільно потрапляють іони калію.
Будова мембрани
Проникність
Активний транспорт
Осмос
Ендоцитоз