Мембрани клітин еукаріотів

1. Будова клітинних мембран Одна з головних особливостей еукаріотів - досить складну будову внутрішньоклітинних...

Будова клітинних мембран

Одна з головних особливостей еукаріотів - досить складну будову внутрішньоклітинних мембран.

Мембрани оточують не тільки цитоплазму, а й ядро, мітохондрії і пластиди, ними утворені лабіринти ЕПР (ЕР) і купки сплюснутих бульбашок, з яких складається комплекс Гольджі. Мембрани оточують також лізосоми, пероксисоми і великі вакуолі.

Всі ці оточені мембранами структури відповідають певним компрантментам, які беруть участь в ті Хілі інших метаболліческіх процесах і циклах. Деякі хімічні реакції, зокрема світлові реакції фотосинтезу в хлоропластах або окисне фосфорилювання в процесі дихання в мітохондріях, відбуваються на самих мембранах. Тут же, на мембранах, розташовуються і рецепторні ділянки для розпізнавання зовнішніх стимулів (гормонів та інших хімічних речовин), що надходять з навколишнього середовища або з інших частин самого організму.

зауваження 1

Саме плазматична мембрана, що оточує кожну клітину, забезпечує збереження істотних відмінностей між вмістом клітини і зовнішнім середовищем. Значить, без мембран існування клітини неможливо.

Нічого не зрозуміло?

Спробуй звернутися за допомогою до викладачів

Плазматична мембрана, або плазмалема, є найбільш постійної, основний, універсальної для всіх клітин системою поверхневого апарату.

Вона являє собою тонку (6 - 10 нм), але досить щільну плівку, яка покриває всю клітку.

Плазматична мембрана утворена впорядковано розташованими молекулами фосфоліпідів і білків. Разом вони утримуються завдяки нековалентним зв'язків.

Плазмалема утворена двома рядами ліпідів. Їх молекули розташовані так, що в глибині мембрани знаходяться їх неполярні гідрофобні кінці, а полярні гідрофільні кінці зорієнтовані як до зовнішньої, так і до внутрішнього середовища.

Ліпідний шар не суцільний. В окремих місцях мембрану пронизують білкові молекули, що утворюють гідрофільні пори: крізь них проникають водорозчинні речовини. Інші молекули білка розташовані на зовнішній або на внутрішній стороні мембрани.

На поверхні всіх еукаріотичних клітин знаходяться вуглеводи. Вони ковалентно пов'язані з мембранними білками (гликопротеидами) і менше - з ліпідами (гліколіпідами). Плазматичні мембрани містять по масі від 2 до 10% вуглеводів.

Всі клітинні мембрани є рухомими структурами. Велика частина складових мембран - молекули білків, ліпідів, полісахаридів, іони кальцію, натрію, калію та інші здатні досить швидко переміщатися в площині мембрани, змінюючи своє розташування в ній, речовини. Здійснюється міграція зазначених речовин як шляхом дифузії, так і активно, з поглинанням енергії.

Мембрани динамічні - після ушкодження вони швидко відновлюються, а так само здатні розтягуватися і стискатися під час руху клітин.

Мембрани різних видів клітин істотно відрізняються і за своїм хімічним складом, і за змістом в них білків, глікопротеїдів, ліпідів і, відповідно, за характером рецепторів, що містяться в них. Тому кожен тип клітин характеризується індивідуальністю, яка визначається в основному гликопротеидами. розгалужені ланцюги гликопротеидов, виступаючи над клітинною мембраною, розпізнають фактори зовнішнього середовища і в реакціях клітин на їх дію.

приклад 1

Яйцеклітина і сперматозоїд здатні пізнати один одного по гликопротеидам на поверхні клітини, які доповнюють один одного утворюючи єдине ціле. Таке взаємопізнавання - необхідний етап, який передує заплідненню. Подібне явище можна спостерігати в процесі диференціації тканин: за допомогою розпізнають ділянок на плазмалема подібні за будовою клітини здатні правильно орієнтуватися відносно один одного і таким способом утворюють тканини.

З впізнавання пов'язане і регулювання транспорту молекул і іонів крізь мембрану і імунологічний відповідь, де роль антигенів грають глікопротеїди. Таким чином цукру функціонують як інформаційні молекули (подібно нуклеїнових кислот і білків).

Мембрани містять так само специфічні рецептори, які транспортують електрони, ферментні білки. Білки забезпечують транспорт певних молекул в клітку і з неї, здійснюють структурну зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або ж функціонують як рецептори отримуючи або перетворюючи хімічні сигнали навколишнього середовища.

зауваження 2

Чітка структурна організація та впорядкованість плазмалема обумовлює ще одну її життєво важливу функцію - напівпроникливості або здатність вибірково пропускати в клітку і з клітки різні молекули і іони. Завдяки цьому в клітці утворюється певна концентрація іонів і здійснюються процеси осмосу.

Подібні за будовою мембрани як основні структурні елементи клітини обмежують більшість її органел. Вони виконують роль не просто фізичних мембран, а є динамічно функціональної поверхнею. На мембранах органел здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання неорганічних і органічних речовин, синтез АТФ, перетворення енергії квантів світла в процесі фотосинтезу і т. П.

Транспорт речовин крізь плазматичну мембрану

зауваження 3

Головна функція плазматичноїмембрани полягає в регулюванні обміну різними речовинами між клітиною і навколишнім середовищем. Існує чотири основні механізми надходження речовин в клітину або виходу їх з неї назовні: дифузія, активний транспорт, ендо- та екзоцитоз і осмос.

У всіх розчинах розчинені речовини переміщаються з ділянки високої концентрації в ділянку нижчої концентрації. Цей потік речовин в бік меншої концентрації (транспорт по градієнту концентрації) існує до тих пір, поки концентрації речовин в обох дільницях не вирівняються. визначення

визначення 1

Дифузія (дифузійне переміщення речовин) - це переміщення речовин під впливом градієнтаконцентрацій.

Швидкість дифузії крізь мембрану в основному залежить від розміру молекули і її відносної розчинності в жирах (чим менше молекула, чим швидше вона розчиняється в ліпідах, тим легше вона дифундує крізь мембрану.

приклад 2

Маленькі неполярні молекули легко розчиняються в ліпідному шарі мембрани, проходять крізь неї і виявляються з іншого боку мембрани. Незаряджені молекули невеликих розмірів (вуглекислий газ, етанол, сечовина) проходять крізь мембрану швидко, а глюкоза, амінокислоти, кислоти, гліцерин - повільно.

зауваження 4

Вода легко дифундує крізь ліпідний шар, незважаючи на те, що молекули води погано розчиняються в жирах. Це частково пояснюється тим, що молекули води невеликі.

Для всіх заряджених молекул (іонів), незалежно від їх розміру, ліпідні шари плазматичноїмембрани служать серйозною перешкодою для проникнення в клітину.

За перенесення різних полярних молекул, таких, як іони, цукру, амінокислоти, нуклеотиди і багато інших метаболіти, крізь клітинні мембрани відповідають специфічні білки, які називаються мембранними транспортними білками.

Кожне конкретне хімічну сполуку клітки транспортує певний білок. Такі спеціалізовані транспортні білки здатні з'єднуватися з молекулою або іоном і без витрат енергії, пасивно, транспортувати їх крізь мембрану по градієнту концентрації. Цей процес, який називається полегшеної дифузії, є головним механізмом вибіркової проникливості мембран.

Активний транспорт речовин на відміну від полегшеної дифузії здійснюється проти градієнтів їх концентрації, тобто речовини переходять з ділянки низької концентрації в ділянку вищої концентрації. В цьому випадку для перенесення протонів або неорганічних іонів крізь мембрану необхідна енергія, джерелом якої є АТФ.

приклад 3

Завдяки витраті енергії необхідний рослині катіон калію може потрапити в клітини кореня навіть в тому випадку, коли його концентрація в грунтовому розчині в 100 разів нижче, ніж в клітинному соку. І навпаки, менш необхідний рослині катіон натрію видаляється в навколишнє середовище навіть за умови вищої концентрації в шарі грунту, де ростуть корені.

Механізми активного поглинання характерні тільки для іонів поживних елементів. Значить, клітці властива певна вибіркова здатність до різних іонів. Інші іони проникають в клітку відповідно градієнту їх електрохімічного потенціалу і проникливості мембрани.

Всередину клітини макромолекули (білки, полісахариди, полінуклеотіди) проникають шляхом ендоцитозу. Розрізняють два типи ендоцитозу:

• фагоцитоз (поглинання твердих частинок);
• пиноцитоз (поглинання рідин).

У процесі фагоцитозу випинання цитоплазми оточують краплі рідини з щільними частинками і втягують їх вглиб цитоплазми, де під дією ферментів вони розщеплюються до фрагментів, здатних засвоїтися кліткою

Завдяки піноцитозу клітини можуть поглинати краплі рідини. Процес поглинання рідин подібний фагоцитозу. У місці дотику краплі і клітини на плазматичній мембрані утворюється впячивание у вигляді канальця, який заповнюється рідиною. Потім він отшнуровивается і потрапляє в цитоплазму, де мембранні стінки бульбашки розпадаються, а вміст звільняється. Завдяки такому процесу клітини можуть поглинати як великі молекули, так і різні іони, які не здатні проникнути крізь мембрану, тому що пори для них дуже малі.

Шляхом фаго- і піноцитозу здійснюється харчування гетеротрофних Найпростіші, захисні реакції вищих організмів (поглинання лейкоцитами чужорідних частинок), транспорт речовин (всмоктування білків з первинної сечі в клітинах ниркових канальців).

Процес, протилежний ендоцитозу, - екзоцитоз (екзо - зовні). Завдяки цьому процесу з клітки вміст пляшечки виводиться в зовнішнє середовище.

приклад 4

Продукують гормон інсулін клітини, запаковують його в бульбашки всередині клітини, які потім зливаються з мембраною і відкриваються назовні, звільняючи при цьому інсулін.

Вода поглинається клітиною в основному шляхом осмосу.

визначення 2

Осмос - це дифузія води крізь напівпроникну мембрану, обумовлена різницею (градієнтом) концентрацій всередині клітини і в зовнішньому середовищі.

Якщо клітку помістити в гіпотонічний розчин, то виникає градієнт водного потенціалу: концентрація води зовні клітини буде значно вище, ніж усередині. Тому вода надходить всередину клітини за градієнтом своєї концентрації і при цьому мембрана вибірково пропускає лише молекули води.

У гіпертонічному (більш концентрованого зовні) розчині води під дією осмотичних сил виходить з клітки.

приклад 5

Еритроцити в гіпертонічному розчині зморщуються, а в рослинній клітині спостерігається зменшення вакуолі, і цитоплазма відстає від клітинної стінки (явище плазмолізу). Це явище лежить в основі старіння рослин.

Рух води крізь мембрану при наявності градієнта концентрації можна припинити за умови дії певного зовнішнього тиску, яке називається осмотичнийтиск. Воно обумовлюється прагненням молекул води пройти крізь напівпроникну мембрану і вирівняти концентрацію по обидві сторони мембрани.

зауваження 5

Чим більше концентрація розчину, тим більше сили потрібно витратити, щоб перешкоджати проникненню води в розчин (всередину або назовні) крізь напівпроникну мембрану. Тому осмотичний тиск більш концентрованого розчину більше, ніж розведеного і він сильніше поглинає воду з навколишнього розчину. Осмотичний тиск визначається кількістю частинок в одиниці об'єму розчинника.

Оскільки рівень концентрації іонів і молекул різних сполук в рослинній клітині вище, ніж в навколишньому природному середовищу (наприклад, в грунті), то в клітці розвивається усмоктувальна сила, завдяки якій вода поглинається зовні. В результаті клітина набухає і утворюється внутрішній гідростатичний тиск, спрямований на клітинну стінку. Це тиск має назву тургорное тиск. Йому протистоїть така ж по величині механічний тиск клітинної стінки (оболонки), яке спрямоване всередину клітини.