Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь - Новая программа

Границы придают живому порядок.

Детская энциклопедия

§ 13. КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА

Основные понятия и ключевые термины: КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА. Клеточные контакты. Клеточная стенка. Гликокаликс.

Вспомните! Что такое эукариотическая клетка?

Подумайте!

Губки - примитивные многоклеточные животные с удивительными особенностями. Если пропустить губку через сито, то можно получить фильтрат с живыми отдельными клетками. Они сохраняют жизнедеятельность в течение нескольких дней, а затем активно перемещаются, собираются в группы и превращаются в маленькие губки. Как эти клетки распознают друг друга?

СОДЕРЖАНИЕ

Как функции клеточной мембраны связаны с её строением?

Весь поток веществ, энергии и информации проходит через клеточную мембрану, которую образуют липиды, белки и углеводы (ил. 29). Основой мембраны являются фосфолипиды, которые образуют двойной (билипидный) слой.

Ил. 29. Строение и химический состав клеточной мембраны: 1 - билипидный слой; 2 - гликолипид; 3 - гликопротеид; 4 - холестерол; 5 - глобулярный белок; 6 - белковый канал; 7 - фибриллярный белок

Этот слой вместе с белками определяет общие свойства мембран, то есть их подвижность, способность самовосстанавливаться и избирательную проницаемость для веществ. В окружении воды фосфолипиды организуются следующим образом: гидрофильные «головки» направлены наружу и контактируют с водой, а гидрофобные «хвосты» ориентированы внутрь. Для упрочнения подвижной мембраны в ней имеются молекулы холестерина.

Ил. 30. Функции мембраны в жизнедеятельности клетки: 1 - транспортная; 2 - метаболическая; 3 - рецепторная; 4 - защитная; 5 - контактная; 6 - опорная

Согласно жидкостно-мозаичной модели строения клеточная мембрана содержит встроенные в билипидный слой молекулы белков, отвечающие за транспортирование веществ, обмен веществ, защиту и опору для клетки. Некоторые белки и липиды клеточных мембран, особенно в животных клетках, связаны с углеводами и образуют гликолипиды и гликопротеиды. Эти молекулы участвуют в распознавании воздействий среды, контактировании клеток между собой и реакциях клеток на раздражение. Таким образом, основными функциями клеточной мембраны являются: 1) транспортная (обмен веществ, энергии и информации с окружающей средой); 2) метаболическая (ферментные белки участвуют в процессах взаимопревращений веществ и энергии); 3) рецепторная (рецепторные белки в мембранах воспринимают информацию из среды); 4) защитная (чужеродные мембранные белки-антигены способствуют формированию антител); 5) контактная (углеводы и фибриллярные белки обеспечивают взаимодействия между клетками); 6) опорная (к белкам мембраны прикрепляются элементы цитоскелета) (ил. 30).

Мембраны различных клеток и организмов существенно отличаются по химическому составу белков и липидов и их содержимому, но общий план организации сходен.

Итак, КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА - образование клетки, состоящее из липидов, белков и углеводов и обеспечивающее взаимодействие клетки с внешней средой.

Как происходит контакт клеток?

Клеточные контакты - специализированные участки поверхностного аппарата, обеспечивающие межклеточное взаимодействие. К основным функциям межклеточных контактов относятся соединение клеток в тканях, кратковременное взаимодействие между клетками и межклеточное транспортирование веществ. Наиболее распространёнными видами межклеточных контактов являются: десмосомы, плотные контакты, синапсы, щелевые контакты и плазмодесмы (ил. 31).

Десмосомы - это соединение двух клеток, происходящее с помощью элементов цитоскелета. Больше всего их в тех частях тела, которые подвергаются постоянному механическому стрессу, в частности в гладких мышцах, миокарде, где формируют вставные диски.

Плотные контакты - контакты, в которых мембраны клеток максимально сближаются и сшиваются специальными белками. Они изолируют клетки и предотвращают диффузию в этих участках.

Синапсы - коммуникационные контакты нервных клеток, которые передают информацию от нейронов на нейроны или от нейронов на мышцы.

Ил. 31. Основные виды межклеточных контактов: 1 - десмосомы; 2 - плотные контакты; 3 - синапсы; 4 - щелевые контакты; 5 - плазмодесмы

Щелевые контакты (нексусы) - коммуникационные контакты, характеризующиеся наличием белковых каналов. Обеспечивают передачу электрических импульсов и питательных веществ.

Плазмодесмы - контакты в виде цитоплазматических мостиков между клетками. Основной функцией плазмодесм является обеспечение взаимодействия и транспортирования веществ между клетками, изолированными жёсткими клеточными оболочками. В растительном организме почти все клетки соединены таким образом.

Итак, различные типы межклеточных контактов приспособлены к особым функциям определённых клеток.

Каково значение надмембранных структур клетки?

Надмембранные структуры могут быть представлены в клетках клеточной стенкой и гликокаликсом.

Клеточная стенка - надмембранная структура, которая окружает клетки прокариотов, грибов и растений. В отличие от мембран клеточная стенка не в состоянии контролировать транспортирование молекул в клетку из внешней среды. У прокариотических клеток клеточная стенка состоит из муреина, у растительных клеток - из целлюлозы, а у грибов - из хитина. Особую роль выполняет эта структура у растений. Её целлюлозные волокна образуют каркас, промежутки которого могут быть заполнены пектиновыми веществами, лигнином. В зависимости от типа тканей растений и функций в состав стенки могут входить и неорганические соединения (например, оксид кремния, соли кальция). Растительные стенки выполняют целый ряд функций: обеспечивают транспортирование веществ, придают форму клетке, определяют направление её роста, противодействуют внутреннему давлению, защищают от неблагоприятных факторов среды и т. п.

Гликокаликс - надмембранный комплекс животных клеток, образованный молекулами гликопротеидов и гликолипидов. Основные функции - связь между клетками, восприятие раздражителей, а также участие во внеклеточном пристеночном пищеварении благодаря наличию в нём ферментов. Поскольку слой очень тонкий, он не выполняет опорной функции, присущей клеточным стенкам. Особое значение гликокаликса проявляется в фагоцитозе.

Итак, надмембранные структуры клеток защищают клетки от неблагоприятных условий окружающей среды, являются опорой для протопласта и обеспечивают связь со средой.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Биология + Физика

Клеточные мембраны более проницаемы для воды, чем для большинства ионов, малых полярных молекул и макромолекул. Такое отличие во многом возникает вследствие наличия в мембранах белков аквапоринов, пропускающих только молекулы воды. Что такое гипертонические, изотонические и гипотонические растворы? Какова роль клеточных мембран в обеспечении жизнедеятельности клеток?

Домашние опыты

Нашинкованная морковь сразу после посыпания сахаром (а) и через 1 ч (б)

Проведите опыты и оцените возможности практического применения знаний о клеточных мембранах.

Опыт 1. Отрежьте ножом тонкую дольку лимона и положите её на тарелку. Посыпьте дольку сахаром. Посыпать сахаром можно и нашинкованную морковь. Объясните результаты.

Опыт 2. Вырежьте из картофелины три кубика одинакового размера. Приготовьте три стакана. В один налейте подсоленную воду, в другой - концентрированный раствор соли, а в третий - воду из-под крана. В каждый стакан опустите по картофельному кубику. Через 2 ч рассмотрите кубики. Предложите объяснение результатов.

ОТНОШЕНИЕ

Явление фагоцитоза открыл лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1908) украинский учёный И. И. Мечников (1845-1916). В процессе фагоцитоза активную роль выполняет клеточная мембрана, которая обволакивает частичку, которая фагоцитируется, и втягивает её в глубь цитоплазмы с образованием фагосомы. Из лизосом клетки к фагосомам поступают гидролитические ферменты, которые переваривают поглощённую частицу. Какое значение имеет это открытие для развития знаний о клетке?

РЕЗУЛЬТАТ

Оценка	Задания для самоконтроля
1-6	1. Что такое клеточная мембрана? 2. Назовите функции клеточной мембраны. 3. Что такое мембранное транспортирование? 4. Каковы механизмы транспортирования веществ через мембраны? 5. Что такое надмембранные структуры клетки? 6. Назовите надмембранные структуры.
7-9	7. Как функции клеточной мембраны связаны с её строением? 8. Как происходит транспортирование веществ через клеточную мембрану? 9. Каково значение надмембранной структуры клетки?
10-12	10. Какова роль клеточных мембран в адаптации клеток к условиям существования?