Липиды: гидрофобные молекулы. урок 11

Строение клетки

Наука, которая изучает строение клетки и её функции, называется цитологией. Несмотря на свои незначительные размеры, данные части организма имеют сложную структуру. Внутри находится полужидкое вещество, именуемое цитоплазмой. Здесь проходят все жизненно важные процессы и располагаются составляющие части – органоиды. Узнать об их особенностях Вы сможете далее.

Ядро

Самой важной частью является ядро. От цитоплазмы его отделяет оболочка, которая состоит из двух мембран

В них имеются поры, чтобы вещества могли попадать из ядра в цитоплазму и наоборот. Внутри находится ядерный сок (кариоплазма), в котором располагается ядрышко и хроматин.

Рис. 1. Строение ядра.

Именно ядро управляет жизнедеятельностью клетки и хранит генетическую информацию.

Основу хроматина составляет ДНК, именно в ДНК заключена наследственная информация. Основная функция ядрышек – образование рибосомных РНК и субъединиц будущих рибосом.

Рибосомы

Располагаются на поверхности эндоплазматической сети, при этом делая её поверхность шероховатой. Многие рибосомы свободно располагаются в цитоплазме. К их функциям относится биосинтез белка.

Эндоплазматическая сеть

ЭПС может иметь шероховатую либо гладкую поверхность. Шероховатая поверхность образуется за счёт наличия рибосом на ней.

К функциям ЭПС относится синтез белка и других веществ, их последующая транспортировка. Часть образованных белков, углеводов и жиров по каналам эндоплазматической сети поступает в особые ёмкости для хранения. Называются эти полости аппаратом Гольджи, представлены они в виде стопок «цистерн», которые отделены от цитоплазмы мембраной.

Аппарат Гольджи

Чаще всего располагается вблизи ядра. В данном комплексе хранятся вещества, которые были синтезированы самой клеткой для потребностей всего организма. При необходимости на комплексе образуются везикулы. Это особые пузырьки с веществами, которые транспортируются к поверхности клетки и выделяются за ее пределы.К функциям аппарата Гольджи относятся модификация белков и образование лизосом.

Лизосомы содержат пищеварительные ферменты, которые заключены с помощью мембраны в пузырьки и циркулируют в цитоплазме. Лизосомы служат для внутриклеточного пищеварения. При необходимости могут переварить всю клетку (автолиз).

Митохондрии

Эти органоиды покрыты двойной мембраной:

• гладкая наружная оболочка;
• внутренний слой, имеющий складки и выступы – кристы.

Рис. 2. Строение митохондрий.

Функциями митохондрий является дыхание. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки, так как внутри них происходит извлечение энергии из питательных веществ. На кристах находятся ферменты, с помощью которых выделяемая энергия запасается в молекулах АТФ. Это вещество является универсальным аккумулятором энергии.

Данные органоиды содержат собственную молекулу ДНК, рибосомы и способны к самостоятельному размножению. Этот факт навёл учёных на мысль, что изначально митохондрии были бактериями и существовали самостоятельно. Спустя время они поселились внутри клеток других организмов. И, спустя много лет, стали органеллами, без которых не обходится ни одна эукариотическая клетка.

Плазматическая мембрана

Цитоплазматическая мембрана отделяет и защищает внутреннее содержимое от внешней среды. Она поддерживает форму, обеспечивает взаимосвязь с другими клетками, обеспечивает процесс обмена веществ. Состоит мембрана из двойного слоя фосфолипидов, в который включены молекулы белков. На поверхности клеточной мембраны у растений, грибов и бактерий расположена клеточная стенка.

Основные части эукариотической клетки

Как из­вест­но, клет­ки спо­соб­ны к са­мо­сто­я­тель­ной де­я­тель­но­сти. Они могут об­ме­ни­вать­ся ве­ще­ством и энер­ги­ей с окру­жа­ю­щей сре­дой, а также расти и раз­мно­жать­ся, по­это­му внут­рен­нее стро­е­ние клет­ки очень слож­ное и в первую оче­редь за­ви­сит от той функ­ции, ко­то­рую клет­ка вы­пол­ня­ет в мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме.

Прин­ци­пы по­стро­е­ния всех кле­ток оди­на­ко­вые. В каж­дой эу­ка­ри­о­ти­че­ской клет­ке можно вы­де­лить сле­ду­ю­щие ос­нов­ные части (см. Рис. 2):

1. На­руж­ная мем­бра­на, ко­то­рая от­де­ля­ет со­дер­жи­мое клет­ки от внеш­ней среды.

2. Ци­то­плаз­ма с ор­га­нел­ла­ми.

Рис. 2. Ос­нов­ные части эу­ка­ри­о­ти­че­ской клет­ки 

Функции

В зависимости от расположения и особенностей все мембраны выполняют собственные функции, тем не менее по выполняемой работе они сходны.

Роль плазмалеммы:

1. Барьерная. Эта функция является основной и выполняется всеми видами клеточных мембран. Особенно она важна для наружной оболочки: благодаря ей клетка поддерживает форму, гомеостаз, стабильность внутреннего содержимого, целостность.
2. Транспортная. Второе важнейшее назначение — активный и пассивный перенос веществ изнутри клетки в наружную среду и обратно. Механизмы этого переноса самые разнообразные, транспорт может происходить как через каналы, образуемые пронизывающими молекулами белков, так и с помощью переносчиков. Также различают пассивное (по градиенту концентрации, например диффузия газов), и активное (против градиента, с затратой выработанной клеткой энергии).
3. Рецепторная. Эта роль возложена на пронизывающие белки, которые особым образом связаны с углеводными цепочками (гликополисахаридами). Образовавшиеся таким образом рецепторы, которые по своему строению и являются гликопротеидами, образуют комплекс с гормонами, затем активируются катализаторы, и такая система запускает механизмы поступления или вывода различных веществ.
4. Обмен информацией. Способность клетки контактировать оболочками, обмениваясь друг с другом информацией сродни рецепторным реакциям. Благодаря им происходит стимуляция роста или торможения и иные физиологические процессы. Такой контакт может быть механическим (простое или замковое смыкание оболочек) и при помощи специальных образований — синапсов. Передающиеся через синапсы сигналы могут быть как механическими, так и электрическими.
5. Энергетическая. Плазмалемма митохондрий и пластид (хлоропластов) отвечает за синтез аденозинтрифосфорной кислоты — аккумулятора клеточной энергии.

Особо следует отметить эндо- и экзоцитоз. Вследствие этих мембранных механизмов в клетку могут поступать не только целые молекулы больших размеров, но и неизмененные, сторонние клетки. Примером эндоцитоза (обволакивания крупных частиц или капель жидкости, втягивание внутрь цитоплазмы и дальнейшая химическая дезактивация) может служить поглощение вредных и чужеродных молекул лейкоцитами.

Экзоцитоз — обратный транспорт. Благодаря ему ненужные, отработанные вещества окружаются плазмалеммами и выносятся наружу через поры.

Такое множество функций и разнообразие реакций, происходящих как внутри, так и снаружи плазмалеммы, возможно за счет их упорядоченного физико-химического строения.

Предназначение диффузионных мембран

Основное предназначение супердиффузионных мембран для кровли является обеспечение защиты от проникновения внутренней и наружной влаги внутрь теплоизоляционного слоя. Источниками этой влаги могут быть внутренние испарения и атмосферные осадки. Кроме этого, расположенная в кровельном покрытии диффузионная мембрана обеспечивает эффективные условия отвода уже накопившейся в силу тех или иных причин влаги. Супердиффузионную мембрану можно с полной уверенностью назвать одной из важнейших составляющих теплоизоляционного контура, так как она косвенным образом способствует снижению потерь тепловой энергии. Бережливый хозяин собственного дома, знающий толк в экономии, никогда не будет раздумывать о необходимости или отсутствии таковой при принятии решения о покупке и последующей установке диффузионной мембраны. Тем более, что стоимость этого материала на современном рынке строительных материалом можно с уверенностью назвать чисто символической. 

Перенос через мембрану макромолекул и частиц: эндоцитоз и экзоцитоз

Пи­ще­вые ча­сти­цы не могут прой­ти через мем­бра­ну, они про­ни­ка­ют в клет­ку путем эн­до­ци­то­за (см. Рис. 10). При эн­до­ци­то­зе плаз­ма­ти­че­ская мем­бра­на об­ра­зу­ет впя­чи­ва­ния и вы­ро­сты, за­хва­ты­ва­ет твер­дую ча­сти­цу пищи. Во­круг пи­ще­во­го ко­моч­ка фор­ми­ру­ет­ся ва­ку­оль (или пу­зы­рек), ко­то­рая далее отшну­ро­вы­ва­ет­ся от плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­ны, и твер­дая ча­стич­ка в ва­ку­о­ли ока­зы­ва­ет­ся внут­ри клет­ки.

Рис. 10. Эн­до­ци­тоз

Раз­ли­ча­ют два типа эн­до­ци­то­за.

1. Фа­го­ци­тоз – по­гло­ще­ние твер­дых ча­стиц. Спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ные клет­ки, осу­ществ­ля­ю­щие фа­го­ци­тоз, на­зы­ва­ют­ся фа­го­ци­та­ми.

2. Пи­но­ци­тоз – по­гло­ще­ние жид­ко­го ма­те­ри­а­ла (рас­твор, кол­ло­ид­ный рас­твор, сус­пен­зии).

Эк­зо­ци­тоз (см. Рис. 11) – про­цесс, об­рат­ный эн­до­ци­то­зу. Ве­ще­ства, син­те­зи­ро­ван­ные в клет­ке, на­при­мер гор­мо­ны, упа­ко­вы­ва­ют­ся в мем­бран­ные пу­зырь­ки, ко­то­рые под­хо­дят к кле­точ­ной мем­бране, встра­и­ва­ют­ся в нее, и со­дер­жи­мое пу­зырь­ка вы­бра­сы­ва­ет­ся из клет­ки. Таким же об­ра­зом клет­ка может из­бав­лять­ся от ненуж­ных ей про­дук­тов об­ме­на.

Рис. 11. Эк­зо­ци­тоз

Ак­тив­ный транс­порт

В от­ли­чие от об­лег­чен­ной диф­фу­зии, ак­тив­ный транс­порт – это пе­ре­ме­ще­ние ве­ществ про­тив гра­ди­ен­та кон­цен­тра­ции. При этом ве­ще­ства пе­ре­хо­дят из об­ла­сти с мень­шей их кон­цен­тра­ци­ей в об­ласть с боль­шей кон­цен­тра­ци­ей. По­сколь­ку такое пе­ре­ме­ще­ние про­ис­хо­дит в на­прав­ле­нии, про­ти­во­по­лож­ном нор­маль­ной диф­фу­зии, клет­ка долж­на при этом за­тра­чи­вать энер­гию.

Среди при­ме­ров ак­тив­но­го транс­пор­та лучше всего изу­чен так на­зы­ва­е­мый на­трий-ка­ли­е­вый насос. Этот насос от­ка­чи­ва­ет ионы на­трия из клет­ки и на­ка­чи­ва­ет в клет­ку ионы калия, ис­поль­зуя при этом энер­гию АТФ.

Функции клеточной мембраны растения

Клеточная мембрана растения выполняет следующие функции:

1. Транспортировочная. Способствует попаданию внутрь необходимых питательных веществ. Регулирует в целом обмен клетки с внешней средой.
2. Матрикс. Отвечает за расположение других внутренних органоидов, фиксирует их положение и способствует их взаимодействию между собой.
3. Регуляция энергетического обмена. Обеспечивает протекание различных процессов, от фотосинтеза до дыхания клетки. Данные процессы были бы невозможны без белковых каналов плазмалеммы.
4. Выработка ферментов. Ферменты вырабатываются именно в белковых слоях плазмалемм некоторых клеток.

У животной и растительной клетки строение клеточной мембраны идентично, а функции, которые они выполняют, различные. Это можно объяснить тем, что у растений присутствуют клеточная мембрана и клеточная стенка. Данная стенка представляет собой дополнительный органоид, покрывающий цитолемму снаружи, и, как следствие, принимающий на себя часть ее функций.

Функции, принятые на себя клеточной стенкой:

• защитная. Данная стенка является прочной, что способствует предотвращению механических повреждений. Также она выборочно пропускает внутрь молекулы, не допуская попадания тех из них, которые являются болезнетворными;
• формирование запасов. Некоторые полезные вещества откладываются в стенке для использования в случае наступления неблагоприятных условий, а также для обеспечения роста и развития;
• регулирует внутреннее давление. Выполнение этой функции напрямую связано с прочностью организма;
• взаимодействие с другими клетками. Наличие специальных каналов в стенке позволяет совершать обмен информацией о состоянии внешней среды.

Рассматриваемая стенка берет на себя ряд функций, выполняемых в организмах животных цитолеммой. Именно из-за этого строение мембраны растений и некоторых других видов может отличаться.

Значение цитолеммы для организма

Несмотря на то, что у растений множество функций были делегированы от цитолеммы к другому органоиду, она по-прежнему играет очень большую роль в жизнедеятельности организма.

Именно с помощью плазмалеммы происходят основные процессы обмена, выраженные следующими реакциями:

1. Экзоцитоз. Выделение наружу веществ, которые уже были переработаны ранее, либо были сформированы специально для попадания во внешнюю среду (например, гормоны или ферменты). Для их выведения на внутренней поверхности цитолеммы образуются специальные пузырьки, которые проходят сквозь ряды липидов, а затем их содержимое выделяется наружу.
2. Фагоцитоз. Поглощение цитолеммой частиц некоторых питательных веществ и дальнейшая их обработка. За этот процесс ответственны специальные клетки, называемые фагоцитами, которые прикреплены к цитолемме.
3. Пиноцитоз. Поглощение плазмалеммой молекул жидкости, которые находятся в непосредственной близости от нее. Этому служат специальные жгутики, находящиеся на поверхности плазмалеммы, благодаря которым жидкость, попадающая на поверхность, принимает форму капли, и может быть захвачена.

Благодаря наличию ионных каналов внутрь через цитолемму попадает ряд необходимых для жизни веществ

Значение этих каналов трудно переоценить, об их важности говорит, как минимум, тот факт, что, если каналы теряют тонус и перестают корректно выполнять свои функции, у клетки начинается кислородное голодание, из-за чего она, спустя некоторое время, может переродиться в раковую

В растительной клетке за процессы питания отвечает не только цитолемма, но и клеточная стенка, поэтому так важно, чтобы комбинация этих органоидов была в надлежащем состоянии, от этого напрямую зависит жизнь. Как вы считаете, все ли функции клеточной мембраны были указаны в материале? Быть может среди вас есть самые внимательные, которые знают еще одну малозначительную функцию? Делитесь своими наблюдениями в ! А также смотрите видео о веществах клеточной стенки растения

Как вы считаете, все ли функции клеточной мембраны были указаны в материале? Быть может среди вас есть самые внимательные, которые знают еще одну малозначительную функцию? Делитесь своими наблюдениями в ! А также смотрите видео о веществах клеточной стенки растения.

Что такое клеточная мембрана

Клеточная мембрана — это биологическая мембрана, которая отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды. Клеточная мембрана также называется плазматическая мембрана а также цитоплазматическая мембрана, Он избирательно проницаем для таких веществ, как ионы и органические молекулы. Клеточная мембрана поддерживает постоянную среду внутри протоплазмы, контролируя проникновение веществ внутрь и наружу клетки. Это также защищает клетку от окружающей среды.

Структура клеточной мембраны

Структура мембраны описывается моделью жидкостной мозаики. Клеточная мембрана состоит из липидного бислоя со встроенными в него белками. Липидный бислой рассматривается как двумерная жидкость, в которой молекулы липида и белка более или менее легко диффундируют в нем. Образуется при самосборке липидных молекул. Эти липиды являются амфипатическими фосфолипидами. Их гидрофобные «хвостовые» области скрыты от окружающей воды или гидрофильной среды двухслойной структурой. Таким образом, гидрофильные головки взаимодействуют с внутриклеточными / цитозольными или внеклеточными лицами. Благодаря этому образуется непрерывный сферический липидный бислой. Следовательно, гидрофобные взаимодействия рассматриваются как основные движущие силы для образования липидного бислоя.

Структура липидного бислоя предотвращает проникновение полярных растворенных веществ в клетку. Но пассивная диффузия неполярных молекул разрешена. Следовательно, трансмембранные белки функционируют либо как поры, каналы или ворота для диффузии полярных растворенных веществ. Фосфатидилсерин концентрируется на мембране, чтобы создать дополнительный барьер для заряженных молекул.

Мембранные структуры, такие как подосома, кавеола, очаговая адгезия, инвадоподиум и различные типы клеточных соединений, присутствуют в мембране. Это называется «supramembrane”Структуры, которые обеспечивают связь, клеточную адгезию, экзоцитоз и эндоцитоз. Под клеточной мембраной цитоскелет находится в цитоплазме. Цитоскелет обеспечивает леса для закрепления мембранных белков. Подробная схема клеточной мембраны показана на Рисунок 1. 

Рисунок 1: Подробная схема клеточной мембраны

Состав клеточной мембраны

Клеточная мембрана в основном состоит из липидов и белков. В клеточной мембране можно найти три класса амфипатических липидов: фосфолипиды, гликолипиды и стеролы. Фосфолипиды являются наиболее распространенным типом липидов среди них. Холестерин обнаружен диспергированным по всей мембране в клетках животных.

Липосомы найдены ли липидные везикулы в клеточной мембране; они заключены в круглые карманы липидным бислоем. Углеводы можно найти в виде гликопротеинов и гликолипидов. 50% клеточной мембраны состоит из белков. Белки могут быть обнаружены в мембране трех типов: цельные или трансмембранные белки, закрепленные на липидах белки и периферические белки.

Функция клеточной мембраны

Клеточная мембрана физически отделяет цитоплазму от ее внеклеточной среды. Он также закрепляет цитоскелет, обеспечивая форму клетки. С другой стороны, клеточная мембрана прикрепляется к другим клеткам ткани, обеспечивая механическую поддержку клетки.

Клеточная мембрана избирательно проницаема, регулируя постоянную внутреннюю среду для функционирования клетки. Движение через клеточную мембрану может происходить как при пассивной, так и при активной диффузии. Четыре клеточных механизма могут быть идентифицированы в клеточной мембране. Небольшие молекулы, такие как углекислый газ, кислород и ионы, перемещаются через мембрану путем пассивного осмоса и диффузии. Питательные вещества, такие как сахар, аминокислоты и метаболиты, перемещаются пассивно через трансмембранные белковые каналы. Аквапорины являются своего рода белковыми каналами, которые транспортируют воду путем облегченной диффузии. Поглощение молекул в клетку путем их поглощения называется эндоцитозом. Твердые частицы поглощаются фагоцитозом, а небольшие молекулы и ионы поглощаются пиноцитозом. Некоторые непереваренные остатки удаляются из клетки путем инвагинации и образования пузырька. Этот процесс называется экзоцитозом.

Химический состав и строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, окружая каждую клетку, отделяет ее содержимое от внеклеточного пространства. В состав мембраны входят липиды, белки и углеводы. Основой плазмалеммы является двойной слой из фосфолипидов. Молекула фосфолипида имеет небольшую гидрофильную «головку» (остатки глицерина, ортофосфорная кислота и дополнительные соединения) и два (реже один) длинных гидрофобных «хвоста» (остатки жирных кислот). Гидрофобные части молекул объединяются с другими гидрофобными соединениями, а гидрофильные — с гидрофильными, формируя двойные слои, как показано на рисунке.

Схема расположения фосфолипидов в мембране клетки

В каждом слое гидрофильные «головки» молекул обращены к водной среде (внеклеточное пространство или цитоплазма), а их «хвосты» ориентированы внутрь толще мембраны. Такую структуру имеют все биологические мембраны, в том числе и внутриклеточных органелл.

Кроме фосфолипидов в состав плазматической мембраны входят другие липиды (в частности, холестерол) и значительное количество белков (до 50% от массы мембраны). Поскольку белковые молекулы по размеру больше, чем фосфолипидные, на один белок в составе мембраны приходится около 50 фосфолипидов. В зависимости от функций клетки количество и состав мембранных белков существенно различаются. По расположению в мембране разделяют белки, пронизывающие толщу мембраны (внутренние или интегральные) и такие, которые размещены с внутренней или внешней стороны мембраны (внешние или периферийные). Мембранные белки могут соединяться с углеводами (вспомните, как они называются) как на иллюстрации ниже.

Схема строения плазматической мембраны

Такая модель строения биологических мембран получила название жидкостно-мозаичной: большинство липидов мембраны находятся в жидком состоянии и лишь около 30% липидов прочно соединены с внутренними белками в комплексные соединения.

С плазматическими мембранами связан надмембранный комплекс — набор структур, расположенных снаружи клеток.

Надмембранный комплекс животных клеток представляет собой углеводороды части гликопротеинов и гликолипидов мембран, образующих наружный слой клетки — гликокаликс, который  выполняет рецепторную и маркерную функции, а также участвует в обеспечении избирательности транспорта веществ и пристеночном (примембранном) пищеварении.

У бактерий, растений и грибов надмембранный комплекс представлен клеточной стенкой — жестким каркасом, окружающим клетки. Клеточные стенки разных организмов имеют разную химическую природу. Вы уже знаете, что основным веществом стенок растительных клеток является целлюлоза. У грибов эта структура сформирована другим полисахаридом — хитином. Бактериальные клетки окружены стенками из пептидогликана  (также известный как муреин) — вещества сложной химической природы (содержит короткие пептиды и остатки углеводов).

Цитоплазма и клеточная мембрана

Цитоплазма – это часть клетки, которая находится между плазматической мембраной и ядром. Выделяют составляющие:

• гиалоплазму (основа цитоплазмы),
• органоиды (постоянные составляющие)
• включения (временные составляющие).

Химический состав цитоплазмы

До 90% занимает вода, остальное – всевозможные соединения органики и неорганических веществ. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Отличительная особенность цитоплазмы – циклоз или постоянное движение. Заметить это можно по перемещению внутри клетки хлоропластов. Жизнедеятельность клетки напрямую зависит от движения цитоплазмы. Прекращение движения ведет к гибели клетки, прекращению ее жизнедеятельности.

Гиалоплазма или цитозоль – коллоидный раствор, который не имеет цвета. По составу напоминает густую слизь. В этой жидкости протекают процессы, которые обеспечивают обменные процессы веществ. Благодаря цитозоли осуществляется связь между ядром и всеми органоидами

.

В свою очередь подразделяется на две формы, которые способны менять свое физическое состояние.

• золь – разжиженная,
• гель – тягучая.

Цитоплазма объединяет все внутренние составляющие клетки в единое целое. Ее среда — это место где протекают физиологические и биохимические клеточные процессы. Цитоплазма отвечает за жизнедеятельность и функционирование органоидов.

Процесс воспроизводства

На протяжении всей жизни организма происходит митоз – так называют процесс деления, состоящий из четырёх стадий:

1. Профаза. Две центриоли клетки делятся и направляются в противоположные стороны. Одновременно с этим хромосомы образуют пары, а оболочка ядра начинает разрушаться.
2. Вторая стадия получила название метафазы. Хромосомы располагаются между центриолями, постепенно внешняя оболочка ядра полностью исчезает.
3. Анафаза является третьей стадией, на протяжении которой продолжается движение центриолей в противоположном друг от друга направлении, а отдельные хромосомы также следуют за центриолями и отодвигаются друг от друга. Начинает сжиматься цитоплазма и вся клетка.
4. Телофаза – окончательная стадия. Цитоплазма сжимается до тех пор, пока не появятся две одинаковые новые клетки. Формируется новая мембрана вокруг хромосом и появляется одна пара центриолей у каждой новой клетки.

Интересно! Клетки у эпителия делятся быстрее, чем у костной ткани. Все зависит от плотности тканей и других характеристик. Средняя продолжительность жизни основных структурных единиц составляет 10 дней.

Строение клетки

https://youtube.com/watch?v=PcM3WwpayuE

Строение клетки. Строение и функции клетки. Жизнь клетки.

История исследования

В 1925 году Гортер и Грендель с помощью осмотического удара получили так называемые «тени» эритроцитов — их пустые оболочки. Тени сложили в стопку и определили площадь их поверхности. Затем с помощью ацетона выделили из оболочек липиды и определили количество липидов на единицу площади эритроцита — этого количества хватило на сплошной двойной слой. Хотя этот эксперимент привёл исследователей к правильному выводу, ими было допущено несколько грубых ошибок — во-первых, с помощью ацетона нельзя выделить абсолютно все липиды, а во-вторых, площадь поверхности была определена неправильно, по сухому весу. В данном случае минус на минус дал плюс, соотношение определяемых показателей случайно оказалось верным и был открыт липидный бислой.

Эксперименты с искусственными билипидными пленками показали, что они обладают высоким поверхностным натяжением, гораздо большим, чем в клеточных мембранах. То есть в них содержится что-то, что снижает натяжение — белки. В 1935 году Даниэлли и Доусон представили научному сообществу модель «сендвича», которая говорит о том, что в основе мембраны лежит липидный бислой, по обеим сторонам от которого находятся сплошные слои белков, внутри бислоя ничего нет. Первые электронно-микроскопические исследования 1950-х годов подтвердили эту теорию — на микрофотографиях были видны 2 электронно-плотных слоя — белковые молекулы и головки липидов и один электронно-прозрачный слой между ними — хвосты липидов. Дж. Робертсон сформулировал в 1960 году теорию унитарной биологической мембраны, в которой постулировалось трёхслойное строение всех клеточных мембран.

Но постепенно накапливались аргументы против «бутербродной модели»:

• накапливались сведения о глобулярности плазматической мембраны;
• оказалось, что структура мембраны при электронной микроскопии зависит от способа её фиксации;
• плазматическая мембрана может различаться по структуре даже в одной клетке, например в головке, шейке и хвосте сперматозоида;
• «бутербродная» модель термодинамически не выгодна — для поддержания такой структуры нужно затрачивать большое количество энергии, и протащить вещество через мембрану очень сложно;
• количество белков, связанных с мембраной электростатически, очень небольшое, в основном белки очень тяжело выделить из мембраны, так как они погружены в неё.

Всё это привело к созданию в 1972 году С. Д. Сингером (S. Jonathan Singer) и Г. Л. Николсоном (Garth L. Nicolson) жидкостно-мозаичной модели строения мембраны. Согласно этой модели белки в мембране не образуют сплошной слой на поверхности, а делятся на интегральные, полуинтегральные и периферические. Периферические белки действительно находятся на поверхности мембраны и связаны с полярными головками мембранных липидов электростатичесткими взаимодействиями, но никогда не образуют сплошной слой. Доказательствами жидкостности мембраны служат методы FRAP, FLIP и соматическая гибридизация клеток, мозаичности — метод замораживания-скалывания, при котором на сколе мембраны видны бугорки и ямки, так как белки не расщепляются, а целиком отходят в один из слоёв мембраны.

Что такое клеточная мембрана

Если провести аналогию с куриным яйцом (разбив скорлупу, аккуратно отделить от нее тонкую полупрозрачную пленочку), то визуально можно представить, что скорлупа — это плотная клеточная оболочка, а пленка — мембрана. Эта картинка очень наглядно позволяет увидеть, каким образом под клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, располагается плазмалемма. Конечно, это представление будет условным, но, действительно, мембрана в переводе с латинского языка означает «кожа». Хотя этот термин достаточно давний, он точно передает сущность мембранной структуры .

Цитолемма (еще одно ее название) животной клетки плотной оболочкой не защищена, однако имеет особый слой, состоящий из белков и жиров, соединенных с сахарами (гликопротеинов и гликолипидов). Называют его гликокаликс, и роль, которую он несет (рецепторная, сигнальная), очень важна для жизнедеятельности.

Строение

Строение структуры уникально, и именно за счет него функции клеточной мембраны выполняются точно и избирательно.

В структуру плазмалеммы входят молекулы:

• фосфолипидов;
• гликолипидов;
• холестерола;
• белков.

Однако не только такой щедрый химический состав делает цитоплазматическую мембрану особой структурой, все свои функции она выполняет благодаря строгой организации молекул.

Строение плазмалеммы физиологически идеально — двойной слой молекул жиров (липидов), полярно организованных, не дают «своим» выходить за пределы клетки, а «чужим» — проникать внутрь.

Организация плазмалеммы:

• мембрана состоит из липидов молекулы, которые имеют особое строение;
• каждый липид имеет два конца — гидрофильная («любящая» воду) головка и гидрофобный («боящийся» воды) хвост;
• липиды выстроены таким образом, чтобы головки были снаружи, а гидрофобные хвосты внутри;
• поверхность мембраны гидрофильна (пропускает воду и, соответственно, растворы), а вот внутренняя часть, состоящая из гидрофобных окончаний, воду отталкивает;
• в основном молекулы липидов содержат остатки фосфорной кислоты (это фосфолипиды), некоторые связаны с углеводами (гликолипиды) и холестеролом;
• холестерол придает мембране упругость и жесткость;
• благодаря электростатическим свойствам липиды притягивают молекулы белков, которые также входят в структуру цитолеммы.

Именно белковые молекулы (гранулы) заслуживают отдельного внимания ученых. Из-за своего различного положения и ориентации в полужидкой липидной среде они выполняют самые различные и очень важные функции.

Внутри и на поверхности цитолеммы встречаются следующие виды белков:

1. Периферические. Эти молекулы расположены на поверхности и в основном выполняют защитную и стабилизирующую функции. Так, они выстраивают ферменты в конвейерные цепи и не позволяют ферментам просто перемещаться вдоль бислоя.
2. Погруженные внутрь (полуинтегральные). Основная их функция — ферментативная, также они могут участвовать в транспорте веществ. Изучена и еще одна интересная роль этих белков — как переносчиков. Они легко соединяются с транспортируемыми молекулами и проводят их внутрь клетки.
3. Пронизывающие (интегральные). Они располагаются таким образом, что проходят насквозь, через билипидный слой. Если несколько таких белков сливаются, то образуется канал (пора), через которую могут проходить определенные вещества, связываясь с белковыми молекулами.

Таким образом, все элементы мембранного бислоя несут строго ограниченные своей ролью и строением функции. Благодаря такой организации система работает слаженно и точно.

Отмечено, что плазмалеммы даже внутри одной клетки неоднородны. В них различается не только соотношение химических составных (белков, липидов, углеводов), но и вязкость внутреннего содержимого, ферментативная активность, плотность наружного слоя, толщина.

Месторасположение в клетке

Мембранные структуры буквально пронизывают клеточное содержимое. Они ограничивают все органоиды (за редким исключением, например рибосомы), выстилают их изнутри, являются оболочками ядер.

Самая массивная по содержанию плазмалеммы структура — эндоплазматическая сеть (ЭПР). Если сложить все мембраны, ее составляющие, то получится площадь более половины общей — на все клеточное пространство. По морфологии оболочка ЭПР сходна с внешней ядерной. Они составляют с ней единую систему и обеспечивают активный взаимный перенос элементов.

Комплекс Гольджи — еще один органоид, полностью выполненный из мембранных мешочков (цистерн). Также цитолеммы имеют митохондрии и пластиды.

Плазматическая мембрана — это часть плазмалеммы, находящаяся на границе клеточного содержимого. Она ограничивает протопласт от внешней среды, окружает клетку, защищая его от наружного воздействия.