Які функції виконує зовнішня клітинна мембрана? Будова зовнішньої клітинної мембрани

вивченням будови клітин прокаріотів організмів, а також рослин тварин і людини займається розділ біології, званий цитологією. Вчені встановили, що вміст клітини, яке знаходиться всередині неї, побудовано досить складно. Його оточує так званий поверхневий апарат, до складу якого входять зовнішня клітинна мембрана, надмембранний структури: гликокаликс і клітинна стінка, а також Микронити, пелікула і мікротрубочки, що утворять її подмембранний комплекс.

У даній статті ми вивчимо будову і функції зовнішньої клітинної мембрани, що входить в поверхневий апарат різних видів клітин.

Які функції виконує зовнішня клітинна мембрана

Як було описано раніше, зовнішня мембрана є частиною поверхневого апарату кожної клітини, який успішно відокремлює її внутрішній вміст і захищає клітинні органели від несприятливих умов зовнішнього середовища. Ще одна функція - це забезпечення обміну речовин між клітинним вмістом і тканинної рідиною, тому зовнішня клітинна мембрана здійснює транспорт молекул і іонів, що надходять в цитоплазму, а також допомагає видаляти шлаки і надлишок токсичних речовин з клітини.

Будова клітинної мембрани

Мембрани, або плазмалемми різних типів клітин сильно відрізняються між собою. Головним чином, хімічною будовою, а також відносним вмістом в них ліпідів, глікопротеїдів, білків і, відповідно, характером рецепторів, що знаходяться в них. зовнішня клітинна мембрана, будова і функції якої визначаються насамперед індивідуальним складом гликопротеидов, бере участь в розпізнаванні подразників зовнішнього середовища і в реакціях самої клітини на їх дії. З білками і гліколіпідами клітинних мембран можуть взаємодіяти деякі види вірусів, внаслідок чого вони проникають в клітку. Віруси герпесу і грипу можуть використовувати плазмалему клітини-господаря для побудови свій захисної оболонки.

А віруси і бактерії, так звані бактеріофаги, прикріплюються до мембрани клітини і в місці контакту розчиняють її за допомогою особливого ферменту. Потім в отвір проходить молекула вірусної ДНК.

Відео: Функції клітинних мембран

Особливості будови плазмалемми еукаріот

Нагадаємо, що зовнішня клітинна мембрана виконує функцію транспорту, тобто перенесення речовин в цитоплазму клітини і з неї в зовнішнє середовище. Для здійснення такого процесу необхідно спеціальне будова. Дійсно, плазмалемма являє собою постійну, універсальну для всіх еукаріотів систему поверхневого апарату. Це тоненька (2-10 Нм), але досить щільна багатошарова плівка, яка покриває всю клітку. Її будова було вивчено в 1972 році такими вченими, як Д. Сінгер і Г. Ніколсон, ними ж створена рідинно-мозаїчна модель клітинної мембрани.

Головні хімічні сполуки, які її утворюють - це впорядковано розташовані молекули білків і певних фосфоліпідів, які вкраплені в рідкувату липидную середу і нагадують мозаїку. Таким чином, клітинна мембрана складається з двох шарів ліпідів, неполярні гідрофобні «хвости» яких знаходяться всередині мембрани, а полярні гідрофільні головки звернені до цитоплазми клітини і до міжклітинної рідини.

Шар ліпідів пронизує великими білковими молекулами, що утворюють гідрофільні пори. Саме через них транспортуються водні розчини глюкози і мінеральних солей. Деякі білкові молекули перебувають як на зовнішньому, так і на внутрішній поверхні плазмалемми. Таким чином, на зовнішньої клітинної мембрани в клітинах всіх організмів, що мають ядра, знаходяться молекули вуглеводів, пов`язані ковалентними зв`язками з гліколіпідами і гликопротеидами. Зміст вуглеводів в клітинних мембранах коливається від 2 до 10%.

Будова плазмалемми прокаріотів

Зовнішня клітинна мембрана у прокаріот виконує подібні функції з плазмалеммой клітин ядерних організмів, а саме: сприйняття і передача інформації, що надходить із зовнішнього середовища, транспорт іонів і розчинів в клітку і з неї, захист цитоплазми від чужорідних реагентів ззовні. Вона може утворювати Мезосома - структури, що виникають при впячивания плазмалемми всередину клітини. На них можуть знаходитися ферменти, що беруть участь в метаболічних реакціях прокаріотів, наприклад, в реплікації ДНК, синтезі білків.

Мезосоми також містять окислювально-відновні ферменти, а у фотосинтетиков знаходяться бактеріохлорофіл (у бактерій) і фікобіліни (у ціанобактерій).

Роль зовнішніх мембран в міжклітинних контактах

Продовжуючи відповідати на питання, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана, зупинимося на її ролі в міжклітинних контактах. У рослинних клітин в стінках зовнішньої клітинної мембрани утворюються пори, що переходять в целюлозний шар. Через них можливий вихід цитоплазми клітини назовні, такі тонкі канали називають плазмодесмамі.

Завдяки їм зв`язок між сусідніми рослинними клітинами дуже міцна. У клітин людини і тварин місця контактів сусідніх клітинних мембран називаються десмосомами. Вони характерні для ендотеліальних і епітеліальних клітин, а також зустрічаються у кардіоміоцитів.

Допоміжні освіти плазмалемми

Розібратися, чим відрізняються рослинні клітини від тварин, допомагає вивчення особливостей будови їх плазмалеммой, які залежать від того, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана. Над нею у тварин клітин знаходиться шар глікокаліксу. Він утворений молекулами полісахаридів, пов`язаних з білками і ліпідами зовнішньої клітинної мембрани. Завдяки глікокаліксу між клітинами виникає адгезія (злипання), що приводить до утворення тканин, тому він бере участь в сигнальної функції плазмалемми - розпізнаванні подразників зовнішнього середовища.

Відео: Будова плазматичної мембрани клітини

Як здійснюється пасивний транспорт певних речовин через клітинні мембрани

Як було вже сказано раніше, зовнішня клітинна мембрана бере участь в процесі транспортування речовин між клітиною і зовнішнім середовищем. Існує два види перенесення через плазмалему: пасивний (діфузіонное) і активний транспорт. До першого відноситься дифузія, полегшена дифузія і осмос. Рух речовин по градієнту концентрації залежить, перш за все, від маси і величини молекул, що проходять через клітинну мембрану. Наприклад, дрібні неполярні молекули легко розчиняються в середньому липидном шарі плазмалемми, просуваються через неї і виявляються в цитоплазмі.

Великі молекули органічних речовин проникають в цитоплазму за допомогою спеціальних білків-переносників. Вони мають видову специфічність і, з`єднуючись з часткою або іоном, без витрат енергії пасивно переносять їх через мембрану по градієнту концентрації (пасивний транспорт). Цей процес лежить в основі такої властивості плазмалемми, як виборча проникність. В процесі пасивного транспорту енергія молекул АТФ не використовується, і клітина зберігає її на інші метаболічні реакції.

Відео: Перенесення речовин через клітинну мембрану

Активний транспорт хімічних сполук через плазмалему

Так як зовнішня клітинна мембрана забезпечує перенесення молекул і іонів із зовнішнього середовища всередину клітини і назад, стає можливим висновок продуктів дисиміляції, що є токсинами, назовні, тобто в міжклітинну рідину. Активний транспорт відбувається проти градієнта концентрації і вимагає використання енергії у вигляді молекул АТФ. У ньому також беруть участь білки-переносники, звані АТФ-азами, що є одночасно і ферментами.

Прикладом такого транспорту є натрій-калієвий насос (іони натрію переходять з цитоплазми в навколишнє середовище, а іони калію закачуються в цитоплазму). До нього здатні епітеліальні клітини кишечника і нирок. Різновидами такого способу перенесення служать процеси пиноцитоза і фагоцитозу. Таким чином, вивчивши, які функції виконує зовнішня клітинна мембрана, можна встановити, що до процесів піно- і фагоцитозу здатні гетеротрофні Найпростіші, а також клітини вищих тварин організмів, наприклад, лейкоцити.

Біоелектричні процеси в клітинних мембранах

Встановлено, що існує різниця потенціалів між зовнішньою поверхнею плазмалемми (вона заряджена позитивно) і пристінковим шаром цитоплазми, зарядженим негативно. Її назвали потенціалом спокою, і вона властива всім живим клітинам. А нервова тканина має не тільки потенціал спокою, а й здатна до проведення слабких біострумів, яке називають процесом збудження. Зовнішні мембрани нервових клітин-нейронів, приймаючи роздратування від рецепторів, починають міняти заряди: іони натрію масовано надходять всередину клітини і поверхню плазмалемми стає електронегативної. А пристінковий шар цитоплазми внаслідок надлишку катіонів отримує позитивний заряд. Це пояснює, чому відбувається перезарядка зовнішньої клітинної мембрани нейрона, що викликає проведення нервових імпульсів, що лежать в основі процесу збудження.