§ 9. Клітинна мембрана

Згадаємо!

• Які складові утворюють клітину?
• Яка складова забезпечує обмін речовин клітини з навколишнім середовищем, водночас відмежовуючи її від нього?

Кожна клітина оточена плазматичною мембраною, або плазмолемою. З нею можуть бути з'єднані внутрішньо- і позаклітинні структури. Разом із мембраною вони називаються поверхневим апаратом. Уміст еукаріотичних клітин поділяється внутрішніми мембранами на функціональні ділянки. Так, у клітинах вирізняють ядро й цитоплазму. Цитоплазма, у свою чергу, містить напіврідку основу й більш компактні утворення - органели та включення.

Хімічний склад і будова плазматичної мембрани. Плазматична мембрана, оточуючи кожну клітину, відділяє її вміст від позаклітинного простору. До складу мембрани входять ліпіди, білки та вуглеводи. Основою плазмолеми є подвійний шар із фосфоліпідів. Молекула фосфоліпіду має невелику гідрофільну «голівку» (залишки гліцеролу, ортофосфатної кислоти й додаткової сполуки) і два або один довгі гідрофобні «хвости» (залишки жирних кислот). Гідрофобні частини молекул об'єднуються з іншими гідрофобними сполуками, а гідрофільні - з гідрофільними, формуючи подвійні шари (рис. 39). У кожному шарі гідрофільні «голівки» молекул обернені до водного середовища (позаклітинний простір або цитоплазма), а їхні «хвости» орієнтовані всередину товщі мембрани. Таку структуру мають усі біологічні мембрани, зокрема й внутрішньоклітинних органел.

Рис. 39. Схема розташування фосфоліпідів у мембрані

Знайдіть на рисунку гідрофобні та гідрофільні частини молекули фосфоліпіду. Поясніть, як фосфоліпіди утворюють подвійний шар.

Окрім фосфоліпідів до складу плазматичної мембрани входять інші ліпіди (зокрема, холестерол) та значна кількість білків (до 50 % від маси мембрани). Оскільки білкові молекули за розміром більші, ніж фосфоліпідні, на один білок у складі мембрани припадає близько 50 фосфоліпідів. Залежно від функцій клітини кількість і склад мембранних білків суттєво різняться. За розміщенням вирізняють білки, що пронизують товщу мембрани (внутрішні, або інтегральні), та такі, що розміщені з внутрішнього чи зовнішнього боку мембрани (зовнішні, або периферійні). Мембранні білки можуть з'єднуватися з вуглеводами (пригадайте, як вони називаються) (рис. 40).

Така модель будови біологічних мембран дістала назву рідинно-мозаїчної: більшість ліпідів мембрани перебувають у рідкому стані й лише близько 30 % ліпідів міцно з'єднані з внутрішніми білками в комплексні сполуки.

З плазматичними мембранами пов'язаний надмембранний комплекс - комплекс структур, розташованих ззовні клітин. Надмембранний комплекс тваринних клітин являє собою вуглеводні частини глікопротеїнів та гліколіпідів мембран, що утворюють зовнішній шар клітини - глікокалікс. У бактерій, рослин і грибів надмембранний комплекс представлений клітинною стінкою - жорстким каркасом, що оточує клітини. Клітинні стінки різних організмів мають різну хімічну природу. Ви вже знаєте, що основною речовиною стінок рослинних клітин є целюлоза. У грибів ця структура сформована іншим полісахаридом - хітином. Бактеріальні клітини оточені стінками з муреїну - речовини складної хімічної природи (містить короткі пептиди та залишки вуглеводів).

Функції плазматичної мембрани. Білки плазматичної мембрани виконують різноманітні функції, а це зумовлює відповідні функції плазмолеми: бар'єрну, транспортну, контактну, рецепторну та ферментативну.

Рис. 40. Схема будови плазматичної мембрани

Будова мембрани практично унеможливлює дифузію крізь неї полярних молекул, зокрема йонів. Тож плазматична мембрана виконує бар'єрну функцію. Проте крізь мембрану має здійснюватися транспортування речовин як усередину клітини, так і назовні. Це необхідно для постачання клітині поживних речовин та виведення продуктів обміну.

Розрізняють два типи транспортування речовин: рух речовин, за якого не витрачається енергія АТФ, називається пасивним; рух, пов'язаний з витратами енергії, називається активним. Найпростішим варіантом пасивного транспортування є проста дифузія (з місця з більшою концентрацією речовини до місця з меншою її концентрацією). У такий спосіб крізь мембрану проникають насамперед неполярні молекули. Так, з неорганічних речовин крізь мембрани добре дифундують кисень і вуглекислий газ - це має важливе значення для клітинного дихання, з органічних речовин - стероїдні речовини. Транспортування крізь мембрану полярних речовин забезпечують білкові молекули-переносники. Цей тип транспортування відіграє важливу роль у процесі збудливості нервових і м'язових клітин тощо. Молекули-переносники необхідні також для потрапляння в клітину глюкози. Пасивний рух речовин за допомогою молекул-переносників називається полегшеною дифузією (рис. 41).

Інколи необхідно транспортувати речовину з місця з меншою її концентрацією до місця, де її концентрація більша. Цей процес потребує витрат енергії, а тому є активним. Прикладом може бути калій-натрієвий насос (Na+-K+-насос) (рис. 42).

Він забезпечує вихід з клітини йонів Натрію й надходження в неї з позаклітинного простору йонів Калію. Робота цього насоса забезпечує нормальне функціонування клітин, підтримуючи на певному рівні концентрації йонів Na+ і K+ усередині та зовні їх.

Рис. 41. Принцип роботи внутрішнього білка, що транспортує глюкозу

Проаналізуйте схему. Доведіть, що зображена схема є прикладом пасивного транспортування речовин.

Рис. 42. Принцип роботи Na+-K+-насоса

Проаналізуйте схему. Прочитайте твердження:

• 1. На роботу Na+-K+-насоса витрачається енергія молекули АТФ.
• 2. Йони Натрію «закачуються» у клітину, а йони Калію «викачуються» з клітини.
• Які з цих тверджень є правильними?

Особливим типом активного транспортування є цитоз - переміщення речовин у складі мембранних пухирців. Процес виведення речовин із клітини внаслідок злиття везикул з плазматичною мембраною називається екзоцитозом. У такий спосіб із клітин вивільняються синтезовані нею ферменти, гормони, медіатори тощо. Процес активного надходження твердих і рідких речовин із зовнішнього середовища всередину клітини називається ендоцитозом (рис. 43). Розрізняють піноцитоз - поглинання рідких речовин та фагоцитоз - поглинання разом з рідкими речовинами твердих часточок. Фагоцитоз відіграє важливу роль у поглинанні клітинами імунної системи чужорідних клітин і бактерій, а також у живленні одноклітинних організмів.

У багатоклітинних організмів клітини зв'язані між собою. Такий зв'язок забезпечують білки, які ніби «зшивають» дві мембрани, формуючи міжклітинні контакти.

Рецепторна функція полягає в здатності реагувати на хімічні речовини, змінюючи при цьому функціонування клітин. Джерелами таких біологічно активних речовин можуть бути як інші клітини (гормони, нейромедіатори, тощо), так і навколишнє середовище (поживні речовини, отрути тощо). Першою ланкою реагування на наявність хімічних речовин є рецепторні білки, вбудовані в плазмолему та здатні вибірково зв'язуватися з іншими речовинами.

Деякі білки, вбудовані в клітинну мембрану, відіграють роль ферментів. Зокрема вони забезпечують мембранне (пристінкове) травлення в кишечнику людини. У прокаріотичних клітинах мембранні білки беруть участь у процесах фотосинтезу, запасанні енергії шляхом синтезу АТФ тощо.

Рис. 43. Схеми процесів екзоцитозу (а) й ендоцитозу (б)

Доведіть, що підпис до рисунка є правильним.

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

• 1. Які речовини входять до складу плазматичної мембрани?
• 2. Опишіть будову плазматичної мембрани.
• 3. Перелічіть функції плазмолеми.
• 4. Поясніть відмінності між пасивним та активним транспортуванням речовин.
• 5. Які речовини можуть транспортуватися крізь мембрану шляхом дифузії, а які - ні? Чому?
• 6. Поясніть значення цитозу для обміну речовин клітини.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно