Біологія. Практичний довідник. 9 клас

Структура, властивості та основні функції мембран

Загальною рисою всіх мембран клітини (зовнішньої плазматичної мембрани та мембранних органел) є те, що вони є тонкими (6-10 нм) пластами ліпопротеїдної природи (ліпіди в комплексі з білками), які утворюють замкнуті структури.

У клітині немає відкритих мембран з вільними кінцями. Мембрани клітини завжди обмежують порожнини або ділянки з усіх боків, відділяючи вміст таких порожнин від навколишнього середовища. Плазматична мембрана, покриваючи всю поверхню клітини, має складну форму й численні вирости, ніде не переривається, замкнута.

Внутрішньоклітинні замкнуті мембрани утворюють міхурці-вакуолі різної форми, плоскі мембранні мішки, або цистерни. Часто порожнини, відмежовані мембранами, мають складну форму, яка нагадує губку або сітку. У цих випадках мембрани також розділяють дві структурні фази цитоплазми: гіалоплазму від вмісту вакуоль і цистерн.

Таку ж властивість мають мембрани мітохондрій і пластид: вони розділяють внутрішній вміст від міжмембранних порожнин і гіалоплазми. Ядерна оболонка теж може бути представлена перфорованим порожнистим подвійним мембранним мішком округлої форми. Мембрани ядерної оболонки відділяють каріоплазму та хромосоми від порожнини перинуклеарного простору та гіалоплазми.

Усі клітинні мембрани мають ряд спільних властивостей.

1. Структурну основу клітинних мембран становить подвійний шар ліпідів.

2. У площинах ліпідних шарів розташовані білкові молекули.

3. Білки та ліпіди асиметрично розташовані в порожнині мембран.

4. Білки й ліпіди спроможні рухатись у площинах мембран.

5. Мембрани можуть змінюватись залежно від їх функціонального стану.

6. Мембрани асоційовані з цитоплазматичними білками, мікрофіламентами та мікротрубочками шляхом спеціальних білків.

7. Ріст мембран відбувається за рахунок збільшення їх поверхні шляхом включення нових замкнених міхурців (везикул).

8. Синтез компонентів і збирання плазматичних мембран відбувається за рахунок активності гранулярного ендоплазматичного ретикулуму.

Плазматична мембрана (плазмалема)

Це поверхнева периферична структура, яка обмежує клітину ззовні, забезпечуючи її зв’язок з позаклітинним середовищем.

Плазматична мембрана — це ліпопротеїновий комплекс. Завтовшки вона близько 10 нм і є найтовстішою із клітинних мембран, оскільки на її внутрішньому боці є щільний шар периферичних білків, а на зовнішньому — вуглеводних компонентів.

Основними компонентами плазматичних мембран є ліпіди (близько 40 %), білки (більше 60 %) та вуглеводи (2-10 %). Плазмалема, порівняно з іншими мембранами, більш багата холестерином, в її фосфоліпідах переважають насичені жирні кислоти.

Рідинно-мозаїчна модель плазматичної мембрани: 1 — подвійний шар фосфоліпідів; 2 — гідрофільні головки; 3 — гідрофобні «хвости»; 4 — молекули білків; 5 — білковий канал; 6 — вуглеводний ланцюг; 7 — молекули холестерину

Ззовні від плазмалеми розташовується надмембранний шар — глікокалікс. Товщина цього шару становить 3-4 нм, він виявлений практично в усіх тваринних клітинах, але ступінь його вираженості різний.

Глікокалікс — це асоційований із плазмалемою глікопротеїновий комплекс, до складу якого входять різні вуглеводи.

Глікокалікс і розміщена під ним мембрана тісно зв’язані. Вважають, що глікокалікс склеює клітини, утримуючи їх разом, забезпечує взаємодію клітин з оточенням. Завдяки пористій будові глікокалікс плазмалеми є реактивною зоною, де відбуваються певні біохімічні процеси.

Транспортування речовин через мембрани

Пасивне транспортування — це проста й полегшена дифузія.

Проста (нейтральна) дифузія забезпечує пропускання йонів або дрібних молекул (О2, Н2О, СО2) зі швидкістю, пропорційною градієнту концентрації з обох боків мембрани.

Цей перехід йонів або молекул (обумовлений їх броунівським рухом) через мембрани із зони, де ці речовини мають більшу концентрацію, у зону з нижчою концентрацією й триває доти, доки концентрації з обох боків мембрани не вирівняються. За умови простої дифузії незаряджені частинки проходять між ліпідними молекулами мембрани або через канали, сформовані білками.

Полегшена дифузія здійснюється через йонні канали або білки-переносники, яким властива специфічність щодо транспортованих молекул. Білки-переносники зв’язують молекули та переносять їх через мембрану.

Роль йонних каналів виконують трансмембранні білки, які утворюють дрібні водні пори. Через них по електрохімічному градієнту транспортуються дрібні молекули та йони водорозчинних речовин.

Активне транспортування. Якщо дифузія відбувається лише за градієнтом концентрації, а полегшена дифузія — лише за участі йонних каналів, то активне транспортування здійснюється проти градієнта й вимагає участі йонів металічних елементів.

Перенесення глюкози, амінокислот і жирних кислот, а також деяких йонів із тканинної рідини в цитоплазму здійснюється за допомогою спеціальних ферментів з використанням енергії. Такі системи, які використовують енергію і діють за допомогою ферментів, називають системами активного перенесення.

Натрієво-Калієвий канал і Натрієво-Калієвий насос — це системи, які забезпечують переміщення йонів Натрію і Калію через плазмалему.

Перенесення йонів здійснює спеціальний фермент-переносник — Nа+-К+-AТФ-аза, який використовує енергію клітини й викачує йони Натрію через плазмалему назовні; одночасно він захоплює йони Калію ззовні та звільняє їх усередині клітини.

Таким чином утримується різниця концентрації йонів Натрію і Калію: концентрація йонів Натрію вища в тканинній рідині (ззовні плазмалеми), а йонів Калію — у цитоплазмі.

Транспортування у мембранному упакуванні характерне тим, що речовини, які переносяться через плазмалему, зазвичай оточені мембраною. Транспортування речовин у клітину називають ендоцитозом, а з клітини — екзоцитозом.

Під час ендоцитозу матеріал ззовні клітини охоплюється складками плазмалеми й потрапляє в клітину у вигляді ендоцитозного міхурця, або ендосоми. Згодом уміст ендосоми піддається процесингу (внутрішньоклітинній обробці).

Різновидами ендоцитозу є фагоцитоз — захоплення й поглинання великих (до 1 мкм) і щільних частинок; та піноцитоз — втягування оточених плазмалемою рідин і розчинних речовин.

Екзоцитоз — процес, під час якого мембранні екзоцитозні міхурці, що сформувалися в цитоплазмі, наближаються до плазмалеми й зливаються з нею своїми мембранами, вбудовуючись у плазмалему, а вміст міхурця виділяється в позаклітинний простір.

Трансцитоз — процес, під час якого на внутрішній поверхні клітини формується ендоцитозний міхурець, який переноситься на протилежну поверхню клітини, а його вміст виділяється в позаклітинний простір.

Виведення речовин із клітини може здійснюватись у вигляді:

  • 1) секреції — виділення потрібних організму або його потомству речовин (наприклад, слинні залози виробляють слину, молочні — молоко тощо);
  • 2) екскреції — видалення непотрібних або шкідливих речовин (наприклад, сечовину, сечову кислоту видаляють нирки);
  • 3) рекреції — транспортування, під час якого клітина поглинає речовини однією поверхнею, а виводить її без змін протилежною (наприклад, мінеральні солі, деякі ліки).