Мембраны протоплазмы их состав структура и функции


1.3 Структура и функции мембран

  • Содержание (% сырой массы) сахаров и органических кислот в продуктивной части

  • плодовых и овощных культур (по Б. П. Плешкову, 1984)

    Культура

    сахара

    орг. к-ты

    Капуста белокочанная

    4.0

    0,3

    Томат

    3

    0,5

    Перец, сладкий

    6.0

    О,2

    Огурец

    1.5

    0.005

    Лук

    10.5

    0.2

    Яблоки

    9.0

    0.7

    Виноград

    18,0

    1.4

    Земляника

    18,0

    2.0

    Апельсин

    7,0

    1.4

    Лимон

    2.3

    5,8

  • В вакуолях могут накапливаться и белки. Их поступление в вакуоль, очевидно, связано с деятельностью АГ и ЭПР. Образованные этими органеллами мембранные пузырьки могут встраиваться в тонопласт, поставляя свое содержимое в вакуоль. Обезвоженные вакуоли в семенах представляют собой алейроновые зерна, состоящие из запасных белков. В период прорастания семян эти вещества вакуолей вновь оводняются; использование белков осуществляется с помощью ферментов.

  • Важнейшие в функциональном отношении органеллы - митохондрии и хлоропласты (рис. 4) - имеют общие особенности. И те и другие снаружи покрыты двойной мембраной. Внешняя имеет строение и свойства, сходные с таковыми поверхностных мембран других органелл, в то время как внутренняя сильно отличается от последних как по строению, так и по функциям. Особенностью этой мембраны является способность образовывать впячивания в полость органеллы, увеличивая тем самым полезную поверхность, на которой происходят процессы­ связанные с синтезом молекул АТФ. Хлоропласты и митохондрии возникают вследствие деления имеющихся в клетке органоидов или их предшественников. Как в митохондриях, так и в хлоропластах содержится наследственный материал, отличный от ядерного, - кольцевая молекула ДНК, напоминающая таковую прокариот, а также РНК и рибосомы. Заложенная в ДНК информация реализуется в синтезе специфичных для хлоропластов и митохондрий белков, хотя большая часть белкового компонента кодируется ядром клетки. Вследствие этого хлоропласты и митохондрии называют полуавтономными органеллами. Существует теория об эндосимбиотическом происхождении митохондрий и хлоропластов путем вступления организмов типа бактерий в симбиоз с эукариотической клеткой на определенном этапе развития природы. Подробная характеристика хлоропластов и митохондрий дана в главах 2 и 3.

  • Кроме хлоропластов к пластидам относятся лейкопласты (пластиды со слаборазвитыми внутренними мембранами, выполняющие функцию накопления крахмала гаи других запасных веществ) и хромопласты. Все они имеют общее происхождение: образуются из маленьких (0,4- 1.0 мкм) бесцветных инициальных частиц - пропластид, которые обнаруживаются в меристематических клетках; увеличение их числа происходит за счет деления. Пропластиды имеют достаточно плотное содержимое, ограниченное двойной мембраной. В темноте из них образуются лейкопласты. На свету в пропластидах происходит мощное развитие внутренних мембран, в которые включается зеленый пигмент хлорофилл. - так возникают хлоропласты. Хромопласты, как правило, образуются из хлоропластов и отличаются от последних главным образом набором пигментов - в них преимущественно содержатся желтые каротиноиды, которые не встроены в мембраны, а находятся непосредственно в матриксе в виде капель или кристаллов. Значение хромопластов главным образом связано с окраской плодов. В эстетическом восприятии человека хромопласты играют не последнюю роль: вспомним золотую осень, красные грозди рябин, аппетитные плоды томата, перца и т. д.

  • Органеллы, не имеющие мембранной природы.

  • Важнейшую функцию в клетке выполняют рибосомы: в них происходит заключительный этап биосинтеза белков - трансляция. Как уже известно, рибосомы образуются в ядре (точнее, в ядрышке), а затем через поры ядерной оболочки выхолят в цитоплазму. Они состоят из белка и рибосомальной РНК (примерно по 50 %). Рибосомы - очень маленькие частицы (20-30 нм), образованные из двух субъединиц, которые характеризуют по коэффициенту седиментации (S)- скорости осаждения при центрифугировании. В цитоплазме растительных клеток присутствуют 80S рибосомы, состоящие из 40S и 60S субъединиц. Рибосомы хлоропластов - 70S, митохондрий - 70-80S. В рабочем состоянии субъединицы рибосом ассоциируются друг с другом, что происходит только в присутствии ионов магния.

  • Рибосомы могут находиться непосредственно в гиалоплазме или ассоциироваться с мембраной ЭПР. В синтезе одного белка, как правило, принимают участие несколько рибосом (полисомы), объединенные одной молекулой информационной (матричной) РНК. Это способствует более высокой активности белкового синтеза.

  • Микротрубочки. Их роль в растительной клетке еще до конца не выяснена. Они представляют собой тонкие длинные полые цилиндры с внутренним диаметром около 15 нм. Стенки этих трубочек состоят из глобулярных белков - тубулинов. Сборка и разборка микротрубочек происходят в цитоплазме постоянно. При делении клетки микротрубочки формируют нить веретена. Сеть микротрубочек образует в гиалоплазме своеобразные канальца. Аналогия в расположении арматурных элементов клеточной стенки и близко расположенных микротрубочек предполагает участие последних в формировании клеточной стенки.

  • Другие фибриллярные образования гиалоплазмы - микрофиламенты, имеющие в основе сократительный белок типа актина, - обеспечивают движение цитоплазмы и ее органелл внутри клетки.

  • Основой организации любой клети являются мембраны. Эти пограничные структуры покрывают протопласт в целом (плазмалемма), окружают вакуоль (тонопласт), ограничивают все органеллы, за исключением рибосом н микротрубочек. Мембраны обеспечивают в клетке принцип компартментации - клетка оказывается поделенной на зоны, каждая из которых играет свою роль в жизни клетки. В то же время деятельность отдельных компартментов взаимосвязана и интегрирована, и это тоже является функцией мембран. Большая часть клеточных мембран генетически связана друг с другом, то есть возникает друг от друга или служит продолжением друг друга. В то же время такие органеллы, как хлоропласты и митохондрии, образуются в клетке путем деления. Их мембраны, по-видимому, не связаны в своем происхождении с другими.

  • Уже 100 лет назад было высказано предположение, что на поверхности клетки имеются структуры, ответственные за регуляцию поглощения и выделения веществ, существование которых обеспечивается процессами жизнедеятельности. Однако лишь к середине ХХ в. с помощью электронной микроскопии удалось достоверно зафиксировать наличие на поверхности клетки и ее органелл сходных по строению трехслойных образований - мембран.

  • Уже в 20-х годах текущего столетия было обнаружено, что липиды, экстрагированные из эритроцитов и разли­тые на поверхности воды, занимают там площадь, вдвое большую, чем поверхность эритроцитов. Из этого было сделано заключение, что липиды располагаются на поверхности клеток двойным слоем, в котором гидрофобными радикалами они обращены друг к другу, а гидрофильными группировками - к окру­жающей водной среде и содержимому клетки. В дальнейшем модельные опыты показали, что поверхностное натяжение искусственной мембраны - липидной пленки и мембраны живой клетки существенно различаются. Когда к липидам добавили белок, пограничные свойства мембран сохранились, а поверхностное натяжение уменьшилось. На основании этих результатов было высказано предположение о наличии белков в клеточных мембранах.

  • В начале ЗО-х голов Г. Даусон и Д. Даниели предложили гипотезу о строении элементарной клеточной мембраны (рис. 18), согласно которой она представляет собой двойной липидный слой, с двух сторон покрытый белками. Описанная структура напоминает двойной бутерброд - сэндвич. Основными силами, стабилизирующими мембрану, являются слабые водородные взаимодействия между гидрофильными радикалами белков и амфипатических липидов, а также гидрофобные связи Ван-дер-Ваальса в зоне углеводородных радикалов высокомолекулярных жирных кислот. В дальнейшем было высказано пред­положение о наличии в мембранах пор, представляющих собой участки с гидрофильными свойствами.

  • Предложенная Д. Даниелли и Г. Даусоном модель элементарной (унитарной) клеточной мембраны в течение последующих лет неоднократно подтверждалась прямыми исследованиями ее структуры и функции И ДО СИХ ПОР ОСТАЕТСЯ основой современных мембранных схем.

  • Путем дифференциального центрифугирования была выделена мембранная фракция и определен ее состав. Основными химическими компонентами мембран являются белки и липиды. Соотношение белков и липидов в различных клеточных мембранах связано со спецификой функций этих мембран (табл.). Те из них, которые выполняют только защитную функ­цию (например, оболочка нерва), насыщены липидами; высокая ферментативная и энергетическая активность (внутренняя мем­брана митохондрий) может осуществляться лишь при большом содержании белков.

  • Количество белков и липидов в разных мембранах

    Мембраны

    белки

    липиды

    Миелин (оболочка нерва)

    20

    80

    Внешняя мембрана митохондрий

    55-65

    35-45

    Внутренняя мембрана митохондрии

    75-85

    15-25

    Тилакоиды хлоропластов

    50-60

    40-60

    Оболочка ядра

    43-52

    38-47

  • Белки мембраны можно разделить на три группы: структур­ные, транспортные и ферментативные.

  • Липиды представлены главным образом амфипатическими, хотя в мембранах всегда имеется некоторое количество собственно жиров. Соотношение в мембранах различных форм липидов непостоянно. В частности, достоверно установлено, что в стрессовых условиях (засухам мороз) доля амфипатических липидов возрастает. Кроме того, в этих неблагоприятных условиях в липидах повышается содержа­ние непредельных ЖК, что делает мембранный матрикс более жидким и подвижным. С помощью этих изменений в химическом составе мембран удается идентифицировать различия в зимостойкости сортов озимых культур. Г. В. Но­винкой в Институте физиологии растений показано, что в результате закаливания в растениях устойчивого к морозу сорта озимой ржи Харьковская 55 содержание фосфатидилхолина повысилось по сравнению с незакаленными растениями в 6,7 раза, в то время как этот показатель для неморозостойких растений сорта Харьковская 70 увеличился лишь в 2,5 раза.

  • Помимо белков и липидов в мембранах есть и другие химические в-ва. Это прежде всего вода, содержание которой может достигать 30 % массы мембраны. Вода играет важную роль в ориентировании отдельных структурных компонентов, а также облегчает транспорт через мембрану гидрофильных веществ.

  • Обязательным компонентом мембран являются полисахариды, взаимодействующие с белками преимущественно на поверхности.

  • Среди минеральных веществ мембран особо следует выделить Са2+, способствующий взаимодействию друг с другом мембранных компонентов.

  • Развитие науки и техники (электронная микроскопия) позволило к настоящему времени сформировать представление о мембранах как о более разнокачественных и динамичных образованиях как в структурном, так и в функциональном отношении. Пример: в результате активного встраивания в мембрану новых элементов поверхность быстрорастущих клеток в тычиночных нитях злаков за 1 ч увеличивается в 65 раз, т. е. каждую минуту плазмалемма нарастает на свою первоначальную величину. Структурная лабильность объясняет и такие явления, как быстрое изменение периметра плазмалеммы и тонопласта при плазмолизе и деплазмолизе и образование выростов мембраны во время пиноцитоза.

  • В настоящее время модель клеточной мембраны можно представить себе следующим образом (рис. 19).

  • Поверхностное положение в мембране занимают белки. Основой мембраны являются амфипатические липиды. Их организация в бимолекулярный слой объясняется физико-химическими свойствами самих молекул. В результате возникает внутренняя гидрофобная зона - полужидкий матрикс, обладаю­щий высокими изолирующими свойствами в отношении гидрофильной среды. Стабильность этого слоя увеличивается присутствующими в нем неполярными молекулами жиров.

  • Помимо бислоя липиды в мембране организованы в глобулярные структуры - липидные мицеллы, внутренняя часть которых образована гидрофобными остатками жирных кислот, а наружная - гидрофильными компонентами амфипатических липидов. Мицеллы уменьшают стабильность мембраны, но дают ей возможность изменять конфигурацию. Кроме того, вокруг периферической гидрофильной зоны липидных мицелл возникают гид­ратные оболочки, облегчающие движение воды и растворенных в ней молекул.

  • Метод замора­живания - скалывания позволил зарегистрировать в самой толще мембраны очень крупные глобулы, иногда пронизываю­щие всю мембрану насквозь и, по-видимому, лабильно взаимо­действующие с другими компонентами мембраны как гидро­фильно, так и гидрофобно. Эти крупные образования представ­ляют собой молекулы белков, имеющие непосредственное отношение к активному транспорту веществ через мембрану: плотность распределения этих элементов часто коррелирует с транспортной активностью мембран.

  • Таким образом, современная модель мембраны отражает ла­бильность, динамичность, разнокачественность ее структуры и способность осуществлять многообразные функции.

  • Роль (фуккции) мембран. С их помощью в клетке осуществляются важнейшие принципы экономичности, скорости, на­правленности и сопряженности всех процессов.

  • studfile.net

    Цитоплазма — Википедия

    Материал из Википедии — свободной энциклопедии

    Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 марта 2020; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 марта 2020; проверки требует 1 правка.

    Цитопла́зма (от греч. κύτος — «клетка» и πλάσμα — здесь «содержимое») — полужидкое содержимое клетки, её внутренняя среда, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной. Включает гиалоплазму — основное прозрачное вещество цитоплазмы, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты — органеллы, а также различные непостоянные структуры — включения. Иногда под цитоплазмой понимают только гиалоплазму[1].

    Термин «цитоплазма» был введен немецким профессором Альбертом (Рудольфом) фон Келликером в 1863 году как синоним термину "протоплазма". Впоследствии протоплазма стала подразумевать все содержимое клетки вне ядра, включая органеллы. Однако немецкий ботаник Эдуард Страсбургер был несогласен с таким определением цитоплазмы и в 1882 году[2] предложил называть так протоплазму без органелл, вакуолей и пластид .

    В состав цитоплазмы входят органические и неорганические вещества многих видов. Основное вещество цитоплазмы — вода. Многие вещества (например, минеральные соли, глюкоза, аминокислоты) образуют истинный раствор, некоторые другие (например, белки) — коллоидный. В ней протекают почти все процессы клеточного метаболизма. Среди прочего, в цитоплазме есть нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества.

    Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включая и органоиды[1]. Это движение называется циклозом.

    Цитоплазма способна к росту и воспроизведению и при частичном удалении может восстановиться. Однако она нормально функционирует только в присутствии ядра. Без него долго существовать цитоплазма обычно не может[1], как и ядро без цитоплазмы.

    Важнейшая роль цитоплазмы — объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тургор клетки.

    ru.wikipedia.org

    функции, строение. Наружная цитоплазматическая мембрана :: SYL.ru

    Наружная цитоплазматическая мембрана представляет собой тончайшую пленку. Ее толщина - порядка 7-10 нм. Просматривается пленка только в электронный микроскоп.

    Далее рассмотрим, что собой представляет цитоплазматическая мембрана. Функции пленки также будут описаны в статье.

    Структура

    Какой состав имеет цитоплазматическая мембрана? Строение пленки достаточно разнообразно. В соответствии с химической организацией, она представляет собой комплекс белков и липидов. Цитоплазматическая мембрана клетки включает в себя бислой. Он выступает в качестве основы. Кроме этого, цитоплазматическая мембрана содержит холестерол и гликолипиды. Этим веществам свойственна амфипатричность. Другими словами, в них присутствуют гидрофобные ("боящиеся влаги") и гидрофильные ("любящие воду") концы. Последние (фосфатная группа) направлены наружу от мембраны, вторые (остатки от жирных кислот) ориентированы друг к другу. За счет этого и формируется липидный биполярный слой. Липидные молекулы обладают подвижностью. Они способны перемещаться в собственном монослое либо (что редко) из одного в другой.

    Липидный слой может иметь состояние твердого или жидкого кристалла. Монослои отличаются асимметричностью. Это значит, что в них различен состав липидов. За счет этого свойства цитоплазматические мембраны обладают специфичностью даже в рамках одной клетки. Ко второму обязательному компоненту пленки относят белки. Многие из этих соединений могут перемещаться в мембранной плоскости либо совершать вращения вокруг собственной оси. При этом они не способны переходить из одной части бислоя в другую. Защита внутренней среды – основная задача, которую выполняет цитоплазматическая мембрана. Строение пленки, кроме этого, обеспечивает течение различных процессов. За выполнение тех или иных задач отвечают белки. Благодаря липидам обеспечиваются структурные особенности пленки.

    Цитоплазматическая мембрана: функции

    Основными задачами являются:

    • Барьерная. Защитная пленка обеспечивает активный, пассивный, избирательный, регулируемый обмен соединений с внешней средой. За счет избирательной проницаемости осуществляется отделение клетки и ее компартментов и снабжение их нужными веществами.
    • Транспортная. Сквозь пленку осуществляется переход соединений от клетки к клетке. Благодаря этому доставляются питательные соединения, удаляются конечные продукты обмена, происходит секреция разных веществ. Кроме этого, формируются ионные градиенты, на оптимальном уровне поддерживаются ионная концентрация и рН. Они необходимы для активной деятельности ферментов клетки.

    Вспомогательные задачи

    • Матричная. Эта функция обеспечивает определенную ориентацию и взаиморасположение белков мембраны, а также оптимальное их взаимодействие.
    • Механическая. За счет нее обеспечивается автономность клетки, внутренних структур. Также осуществляется соединение элемента с прочими аналогичными.
    • Энергетическая. На фоне фотосинтеза в хлоропластах и при осуществлении клеточного дыхания в мембранах активны системы энергетического переноса. В них также участвуют и белковые соединения.
    • Рецепторная. Ряд белков, которые присутствуют в мембране, обеспечивает восприятие различных сигналов. К примеру, циркулирующие в крови стероиды оказывают воздействие только на те клетки-мишени, которые обладают соответствующими гормонам рецепторами. Химические соединения, обеспечивающие проведение импульсов (нейромедиаторы), также связываются с помощью особых белков клеток-мишеней.

    Особые свойства

    К специфическим функциям мембраны относят:

    • Ферментативную. Зачастую белки, которые содержит цитоплазматическая мембрана, выступают в качестве ферментов.
    • Генерацию и проведение биопотенциалов.
    • Маркировку. Цитоплазматическая мембрана включает в свой состав особые антигены. Они действуют как маркеры-"ярлыки". Благодаря им осуществляется распознание клеток. Маркеры представляют собой гликопротеины – белки, содержащие разветвленные олигосахаридные боковые цепи. Они выступают в качестве "антенн". Благодаря огромному количеству вариантов боковых цепей для того или другого типа клеток может быть сформирован особый маркер. При их помощи распознанные друг другом элементы начинают действовать согласованно. К примеру, так происходит при образовании тканей и органов. Маркировка также позволяет иммунитету определить чужеродные антигены.

    Дополнительные сведения

    Если какие-то частицы по тем или другим причинам не способны пройти сквозь фосфолипидный бислой (к примеру, вследствие гидрофильных свойств, поскольку внутри цитоплазматическая мембрана гидрофобна и такие соединения не пропускает, либо из-за больших размеров самих частиц), но они необходимы, то пройти они могут с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров) и белков-каналов. Либо проникновение их осуществляется посредством эндоцитоза.

    В процессе пассивного транспорта пересечение веществами липидного слоя происходит путем диффузии. При этом энергия не затрачивается. В качестве одного из вариантов такого механизма может выступать облегченная диффузия. В ходе нее облегчает прохождение вещества какая-нибудь специфическая молекула. У нее может присутствовать канал, способный пропускать только однотипные частицы. При активном транспорте затрачивается энергия. Это связано с тем, что данный процесс осуществляется против концентрационного градиента. Цитоплазматическая мембрана содержит особые белки-насосы, АТФазу в том числе, которая способствует активному вхождению калиевых и выведению натриевых ионов.

    Модели

    Их существует несколько:

    • "Бутербродная модель". Идею о трехслойном строении всех мембран высказали ученые Даусон и Даниэли в 1935 году. По их мнению, структура пленки была следующей: белки-липиды-белки. Такое представление существовало достаточно долго.
    • "Жидкостно-мозаичная структура". Эта модель была описана Николсоном и Сингером в 1972 году. В соответствии с ней белковые молекулы не формируют сплошной слой, а погружаются в биполярный липидный в виде мозаики на различную глубину. Эта модель считается наиболее универсальной.
    • "Белково-кристаллическая структура". В соответствии с этой моделью мембраны формируются за счет переплетения белковых и липидных молекул, которые объединены на базе гидрофильно-гидрофобных связей.

    www.syl.ru

    12. Цитоплазматическая мембрана, строение, функции.

    Наружная цитоплазматическая мембрана представляет собой тончайшую пленку. Ее толщина - порядка 7-10 нм. Просматривается пленка только в электронный микроскоп

    Структура Какой состав имеет цитоплазматическая мембрана? Строение пленки достаточно разнообразно. В соответствии с химической организацией, она представляет собой комплекс белков и липидов. Цитоплазматическая мембрана клетки включает в себя бислой. Он выступает в качестве основы. Кроме этого, цитоплазматическая мембрана содержит холестерол и гликолипиды. Этим веществам свойственна амфипатричность. Другими словами, в них присутствуют гидрофобные ("боящиеся влаги") и гидрофильные ("любящие воду") концы. Последние (фосфатная группа) направлены наружу от мембраны, вторые (остатки от жирных кислот) ориентированы друг к другу. За счет этого и формируется липидный биполярный слой. Липидные молекулы обладают подвижностью. Они способны перемещаться в собственном монослое либо (что редко) из одного в другой.

    Липидный слой может иметь состояние твердого или жидкого кристалла. Монослои отличаются асимметричностью. Это значит, что в них различен состав липидов. За счет этого свойства цитоплазматические мембраны обладают специфичностью даже в рамках одной клетки. Ко второму обязательному компоненту пленки относят белки. Многие из этих соединений могут перемещаться в мембранной плоскости либо совершать вращения вокруг собственной оси. При этом они не способны переходить из одной части бислоя в другую. Защита внутренней среды – основная задача, которую выполняет цитоплазматическая мембрана. Строение пленки, кроме этого, обеспечивает течение различных процессов. За выполнение тех или иных задач отвечают белки. Благодаря липидам обеспечиваются структурные особенности пленки.

    Функции Барьерная. Защитная пленка обеспечивает активный, пассивный, избирательный, регулируемый обмен соединений с внешней средой. За счет избирательной проницаемости осуществляется отделение клетки и ее компартментов и снабжение их нужными веществами.

    Транспортная. Сквозь пленку осуществляется переход соединений от клетки к клетке. Благодаря этому доставляются питательные соединения, удаляются конечные продукты обмена, происходит секреция разных веществ. Кроме этого, формируются ионные градиенты, на оптимальном уровне поддерживаются ионная концентрация и рН. Они необходимы для активной деятельности ферментов клетки.

    Вспомогательные задачи

    Матричная. Эта функция обеспечивает определенную ориентацию и взаиморасположение белков мембраны, а также оптимальное их взаимодействие. Механическая. За счет нее обеспечивается автономность клетки, внутренних структур. Также осуществляется соединение элемента с прочими аналогичными. Энергетическая. На фоне фотосинтеза в хлоропластах и при осуществлении клеточного дыхания в мембранах активны системы энергетического переноса. В них также участвуют и белковые соединения.

    Рецепторная. Ряд белков, которые присутствуют в мембране, обеспечивает восприятие различных сигналов. К примеру, циркулирующие в крови стероиды оказывают воздействие только на те клетки-мишени, которые обладают соответствующими гормонам рецепторами. Химические соединения, обеспечивающие проведение импульсов (нейромедиаторы), также связываются с помощью особых белков клеток-мишеней.

    Дополнительные сведения

    Если какие-то частицы по тем или другим причинам не способны пройти сквозь фосфолипидный бислой (к примеру, вследствие гидрофильных свойств, поскольку внутри цитоплазматическая мембрана гидрофобна и такие соединения не пропускает, либо из-за больших размеров самих частиц), но они необходимы, то пройти они могут с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров) и белков-каналов. Либо проникновение их осуществляется посредством эндоцитоза. В процессе пассивного транспорта пересечение веществами липидного слоя происходит путем диффузии. При этом энергия не затрачивается. В качестве одного из вариантов такого механизма может выступать облегченная диффузия. В ходе нее облегчает прохождение вещества какая-нибудь специфическая молекула. У нее может присутствовать канал, способный пропускать только однотипные частицы. При активном транспорте затрачивается энергия. Это связано с тем, что данный процесс осуществляется против концентрационного градиента. Цитоплазматическая мембрана содержит особые белки-насосы, АТФазу в том числе, которая способствует активному вхождению калиевых и выведению натриевых ионов.

    Модели

    Их существует несколько: "Бутербродная модель". Идею о трехслойном строении всех мембран высказали ученые Даусон и Даниэли в 1935 году. По их мнению, структура пленки была следующей: белки-липиды-белки. Такое представление существовало достаточно долго. "Жидкостно-мозаичная структура". Эта модель была описана Николсоном и Сингером в 1972 году. В соответствии с ней белковые молекулы не формируют сплошной слой, а погружаются в биполярный липидный в виде мозаики на различную глубину. Эта модель считается наиболее универсальной. "Белково-кристаллическая структура". В соответствии с этой моделью мембраны формируются за счет переплетения белковых и липидных молекул, которые объединены на базе гидрофильно-гидрофобных связей.  https://www.syl.ru/article/170708/new_tsitoplazmaticheskaya-membrana-funktsii-stroenie-narujnaya-tsitoplazmaticheskaya-membrana

    Цитоплазматическая клеточная мембрана состоит из трех слоев:

    • Наружного – белкового;

    • Среднего – бимолекулярного слоя липидов;

    • Внутреннего – белкового.

    Толщина мембраны 7,5-10 нм. Бимолекулярный слой липидов является матриксом мембраны. Липидные молекулы его обоих слоев взаимодействуют с белковыми молекулами, погруженными в них. От 60 до 75% липидов мембраны составляют фосфолипиды, 15-30% холестерин. Белки представлены в основном гликопротеинами. Различают интегральные белки, пронизывающие всю мембрану, ипериферические, находящиеся на наружной или внутренней поверхности.

    Интегральные белки образуют ионные каналы, обеспечивающие обмен определенных ионов между вне- и внутриклеточной жидкостью. Они также являются ферментами, осуществляющими противоградиентный перенос ионов через мембрану.

    Периферическими белками являются хеморецепторы наружной поверхности мембраны, которые могут взаимодействовать с различными физиологически активными веществами.

    Функции мембран: 1. Обеспечивает целостность клетки как структурной единицы ткани. 2.Осуществляет обмен ионов между цитоплазмой и внеклеточной жидкостью. 3.Обеспечивает активный транспорт ионов и других веществ в клетку и из нее. 4.Производит восприятие и переработку информации, поступающей к клетке в виде химических и электрических сигналов.

    ___________________________ Цитоплазматическая мембрана составляет в зависимости от вида бактерий 8–15 % сухой массы клетки. Химический состав ее представлен белково-липидным комплексом, в котором на долю белков приходится 50–75 %, на долю липидов – 15–50 %. Главным липидным компонентом мембраны являются фосфолипиды. Белковая фракция цитоплазматической мембраны представлена структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Белковый состав цитоплазматической мембраны разнообразен. Цитоплазматическая мембрана бактерий по химическому составу в целом сходна с мембранами эукариотических клеток, но мембраны бактерий богаче белками, содержат необычные жирные кислоты и в основном не имеют стеринов. К строению цитоплазматической мембраны бактерий приложима жидкостно-мозаичная модель, разработанная для мембран эукариот. Согласно этой модели, мембрана состоит из бислоя липидов. Гидрофобные «концы» молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а гидрофильные «головки» – наружу. В двойной слой липидов встроены

    белковые молекулы . По расположению и характеру взаимодействия с липидным бислоем белки цитоплазматической мембраны подразделяются на периферические и интегральные.

    Цитоплазматическая мембрана выполняет ряд существенных для клетки функций:

    • поддержание внутреннего постоянства цитоплазмы клетки. Это достигается за счет уникального свойства цитоплазматической мембраны – ее полупроницаемости. Она проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не проницаема для ионизированных соединений.Транспорт таких веществ внутрь клетки и выход наружу осуществляется за счет специализированных транспортных систем, которые локализуются в мембране. Такие транспортные системы функционируют за счет механизмов активного транспорта и системы специфических ферментов пермеаз;

    • с вышеуказанной особенностью (полупроницаемостью) цитоплазматической мембраны связана и функция транспорта веществ в клетку и вывод их наружу;

    • в цитоплазматической мембране локализуются электронтранспортная цепь и ферменты окислительного фосфорилирования;

    • цитоплазматическая мембрана связана с синтезом клеточной стенки и капсулы за счет наличия в ней специфических переносчиков для образующих их молекул;

    • в цитоплазматической мембране закреплены жгутики. Энергетическое обеспечение работы жгутиков связано с цитоплазматической мембраной.

    У прокариот, принадлежащих к разным таксономическим группам, обнаружены мезосомы, которые образуются при впячивании цитоплазматической мембраны в цитоплазму. Существуют разные точки зрения относительно роли мезосом в бактериальной клетке. Согласно одной из них, мезосомы служат для усиления мембранзависимых функциональных активностей клетки, так как в мембранах, образующих мезосомы, находятся ферменты, участвующие в энергетическом метаболизме бактерий. Кроме того, считают, что мезосомы играют роль в репликации ДНК и последующем расхождении ее копий по дочерним клеткам. Мезосомы участвуют в процессе инициациии формирования поперечной перегородки при клеточном делении.

    _______________________________________________________ Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) — основная, универсальная для всех клеток часть поверхностного аппарата. Ее толщина составляет около 10 нм. Плазмалемма ограничивает цитоплазму и защищает ее от внешних воздействий, принимает участие в процессах обмена веществ между клеткой и внеклеточной средой.

    Основными компонентами мембраны являются липиды и белки. Липиды составляют около 40 % массы мембран. Среди них преобладают фосфолипиды.

    Молекулы фосфолипидов располагаются в виде двойного слоя (липидный бислой). Как вы уже знаете, каждая молекула фосфолипида образована полярной гидрофильной головкой и неполярными гидрофобными хвостами. В цитоплазматической мембране гидрофильные головки обращены к наружной и внутренней сторонам мембраны, а гидрофобные хвосты — внутрь мембраны (рис. 30).

    Кроме липидов, в состав мембран входят белки двух типов: интегральные и периферические. Интегральные белки более или менее глубоко погружены в мембрану либо пронизывают ее насквозь. Периферические белки располагаются на внешней и внутренней поверхностях мембраны, причем многие из них обеспечивают взаимодействие плазмалеммы с надмембранными и внутриклеточными структурами.

    На внешней поверхности цитоплазматической мембраны могут располагаться молекулы олиго- и полисахаридов. Они ковалентно связываются с мембранными липидами и белками, образуя гликолипиды и гликопротеины. В клетках животных такой углеводный слой покрывает всю поверхность плазмалеммы, образуя надмембранный комплекс. Он называется гликокаликсом (от лат. гликис — сладкий, калюм — толстая кожа).

    Функции цитоплазматической мембраны. Плазмалемма выполняет ряд функций, важнейшими из которых являются барьерная, рецепторная и транспортная.

    Барьерная функция. Цитоплазматическая мембрана окружает клетку со всех сторон, играя роль барьера — преграды между сложно организованным внутриклеточным содержимым и внеклеточной средой. Барьерную функцию обеспечивает, прежде всего, липидный бислой, не позволяющий содержимому клетки растекаться и препятствующий проникновению в клетку чужеродных веществ.

    Рецепторная функция. В цитоплазматическую мембрану встроены белки, способные в ответ на действие различных факторов внешней среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигналы внутрь клетки. Следовательно, цитоплазматическая мембрана обеспечивает раздражимость клеток (способность воспринимать раздражители и определенным образом реагировать на них), осуществляя обмен информацией между клеткой и окружающей средой.

    Некоторые рецепторные белки цитоплазматической мембраны способны распознавать определенные вещества и специфически связываться с ними. Такие белки могут участвовать в отборе необходимых молекул, поступающих в клетки.

    К рецепторным белкам относятся, например, антигенраспознающие рецепторы лимфоцитов, рецепторы гормонов и нейромедиаторов и т. д. В осуществлении рецепторной функции, кроме мембранных белков, важную роль играют элементы гликокаликса.

    Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхности клеток приводит к созданию сложной системы маркеров, позволяющих отличать s.свои:/ клетки (той же особи или того же вида) от s.чужих:/. Благодаря этому клетки могут вступать друг с другом во взаимодействия (например, конъюгация у бактерий, образование тканей у животных).

    В цитоплазматической мембране могут быть локализованы специфические рецепторы, реагирующие на различные физические факторы. Например, в плазмалемме светочувствительных клеток животных расположена специальная фоторецепторная система, ключевую роль в функционировании которой играет зрительный пигмент родопсин. С помощью фоторецепторов световой сигнал превращается в химический, что, в свою очередь, приводит к возникновению нервного импульса.

    Транспортная функция. Одной из основных функций плазмалеммы является обеспечение транспорта веществ как в клетку, так и из нее во внеклеточную среду. Выделяют несколько основных способов транспорта веществ через цитоплазматическую мембрану: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт и транспорт в мембранной упаковке (рис. 31).

    При простой диффузии наблюдается самопроизвольное перемещение веществ через мембрану из области, где концентрация этих веществ выше, в область, где их концентрация ниже. Путем простой диффузии через плазмалем-му могут проходить небольшие молекулы (например, Н20, 02, С02, мочевина) и ионы. Как правило, неполярные вещества транспортируются непосредственно через липидный бислой, а полярные молекулы и ионы — через каналы, образованные специальными мембранными белками. Простая диффузия происходит относительно медленно. Для ускорения диффузного транспорта существуют мембранные белки-переносчики. Они избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану. Такой тип транспорта называется облегченной диффузией. Скорость переноса веществ при облегченной диффузии во много раз выше, чем при простой.

    Диффузия (простая и облегченная) — разновидности пассивного транспорта. Он характеризуется тем, что вещества транспортируются через мембрану без затрат энергии и только в том направлении, где наблюдается меньшая концентрация данных веществ.

    Активный транспорт — перенос веществ через мембрану из области низкой концентрации этих веществ в область более высокой. Для этого в мембране имеются специальные насосы, работающие с использованием энергии (см. рис. 31). Чаще всего для работы мембранных насосов используется энергия АТФ.

    Одним из наиболее распространенных мембранных насосов является натрий-калиевая АТ Фаза (Na+/K+ - АТ Фаза). Она удаляет из клетки ионы Na+ и закачивает в нее ионы К+- Для работы Ыа++-АТФаза использует энергию, выделяемую при гидролизе АТФ. Благодаря этому насосу поддерживается разность концентраций Na+ и К+ в клетке и внеклеточной среде, что лежит в основе многих биоэлектрических и транспортных процессов.

    В результате активного транспорта с помощью мембранных насосов происходит также регуляция содержания Mgr+, Са2+ и других ионов в клетке.

    Путем активного транспорта через цитоплазматическую мембрану могут перемещаться не только ионы, но и моносахариды, аминокислоты, другие низкомолекулярные вещества.

    Своеобразной и относительно хорошо изученной разновидностью мембранного транспорта является транспорт в мембранной упаковке. В зависимости от того, в каком направлении переносятся вещества (в клетку или из нее), различают два вида этого транспорта — эндоцитоз и экзоцитоз.

    Эндоцитоз (отгреч. эндон — внутри, китос — клетка, ячейка) — поглощение клеткой внешних частиц путем образования мембранных пузырьков. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы обволакивает внеклеточный материал и захватывает его, заключая в мембранную упаковку (рис. 32).

    Выделяют такие разновидности эндоцитоза, как фагоцитоз (захват и поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкости).

    Путем эндоцитоза осуществляется питание гетеротрофных протистов, защитные реакции организма (поглощение лейкоцитами чужеродных частиц) и др.

    Экзоцитоз (от греч. экзо — снаружи) — транспортировка веществ, заключенных в мембранную упаковку, из клетки во внешнюю среду. Например, пузырек комплекса Гольджи перемещается к цитоплазматической мембране и сливается с ней, а содержимое пузырька выделяется во внеклеточную среду. Таким способом клетки выделяют пищеварительные ферменты, гормоны и другие вещества.

    https://botana.biz/uchebnik/biologiya/10/by001/p012.html

    studfile.net

    Мембраны биологические — Медицинская энциклопедия

    Мембра́ны биологические

    (лат. membrana оболочка, перепонка)

    функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

    Биологические мембраны имеются во всех клетках. Их значение определяется важностью функций, которые они выполняют в процессе нормальной жизнедеятельности, а также многообразием заболеваний и патологических состояний, возникающих при различных нарушениях мембранных функций и проявляющихся практически на всех уровнях организации — от клетки и субклеточных систем до тканей, органов и организма в целом.

    Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточной, или плазматической) и внутриклеточными (субклеточными) мембранами. Название внутриклеточных (субклеточных) мембран обычно зависит от названия ограничиваемых или образуемых ими структур. Так, различают митохондриальные, ядерные, лизосомные мембраны, мембраны пластинчатого комплекса аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума, саркоплазматического ретикулума и др. (см. Клетка). Толщина биологических мембран — 7—10 нм, но их общая площадь очень велика, например, в печени крысы она составляет несколько сот квадратных метров.

    Химический состав и строение биологических мембран. Состав М.б. зависит от их типа и функций, однако основными составляющими являются Липиды и Белки, а также Углеводы (небольшая, но чрезвычайно важная часть) и вода (более 20% общего веса).

    Липиды. В составе М.б. обнаружены липиды трех классов: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. В мембранах животных клеток более 50% всех липидов составляют фосфолипиды — глицерофосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозит) и сфингофосфолипиды (производные церамида, сфингомиелин). Гликолипиды представлены цереброзидами, сульфатидами и ганглиозидами, а стероиды — в основном холестерином (около 30%). В липидных компонентах М.б. содержатся разнообразные жирные кислоты, однако в мембранах животных клеток преобладают пальмитиновая, олеиновая и стеариновая кислоты. Основную структурную роль в биологических мембранах играют фосфолипиды. Они обладают выраженной способностью формировать двухслойные структуры (бислои) при смешивании с водой, что обусловлено химической структурой фосфолипидов, молекулы которых состоят из гидрофильной части — «головки» (остаток фосфорной кислоты и присоединенная к нему полярная группа, например холин) и гидрофобной части — «хвоста» (как правило, две жирно-кислотные цепи). В водной среде фосфолипиды бислоя расположены таким образом, что жирно-кислотные остатки обращены внутрь бислоя и, следовательно, изолированы от окружающей среды, а гидрофильные «головки» —наоборот, наружу. Липидный бислои представляет собой динамичную структуру: образующие его липиды могут вращаться, двигаться в латеральном направлении и даже переходить из слоя в слой (флип-флоп переход). Такое строение липидного бислоя легло в основу современных представлений о структуре М.б. и определяет некоторые важные свойства М.б., например способность служить барьером и не пропускать молекулы веществ, растворенных в воде (рис.). Нарушение структуры бислоя может привести к нарушению барьерной функции мембран.

    Холестерин в составе М.б. играет роль модификатора бислоя, придавая ему определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов.

    Гликолипиды несут разнообразные функции: отвечают за рецепцию некоторых биологически активных веществ, участвуют в дифференцировке ткани, определяют видовую специфичность.

    Белки биологических мембран исключительно разнообразны. Молекулярная масса их в большинстве своем составляет 25 000 — 230 000.

    Белки могут взаимодействовать с липидным бислоем за счет электростатических и (или) межмолекулярных сил. Они сравнительно легко могут быть удалены из мембраны. К такому типу белков относят цитохром с (молекулярная масса около 13 000), обнаруживаемый на наружной поверхности внутренней мембраны митохондрий.

    Эти белки называются периферическими, или наружными. Для других белков, получивших название интегральных, или внутренних, характерно то, что одна или несколько полипептидных цепей оказываются погруженными в бислои или пересекают его, иногда не один раз (например, гликофорин, транспортные АТФ-азы, бактериородопсин). Часть белка, контактирующая с гидрофобной частью липидного бислоя, имеет спиральное строение и состоит из неполярных аминокислот, в силу чего между этими компонентами белков и липидов происходит гидрофобное взаимодействие. Полярные группы гидрофильных аминокислот непосредственно взаимодействуют с примембранными слоями, как с одной, так и с другой стороны бислоя. Молекулы белков, как и молекулы липидов, находятся в динамическом состоянии, для них также характерна вращательная, латеральная и вертикальная подвижность. Она является отражением не только их собственной структуры, но и функциональной активности. что в значительной степени определяется вязкостью липидного бислоя, которая, в свою очередь, зависит от состава липидов, относительного содержания и вида ненасыщенных жирно-кислотных цепей. Этим объясняется узкий температурный диапазон функциональной активности мембраносвязанных белков.

    Белки мембран выполняют три основные функции: каталитическую (ферменты), рецепторную и структурную. Однако такое разграничение достаточно условно, и в ряде случаев один и тот же белок может выполнять и репепторную и ферментную функции (например, инсулин).

    Число мембранных ферментов (Ферменты) в клетке достаточно велико, однако их распределение в различных типах М.б. неодинаково. Некоторые ферменты (маркерные) присутствуют только в мембранах определенного типа (например, Na, К-АТФ-аза, 5-нуклеотидаза, аденилатциклаза — в плазматической мембране; цитохром Р-450, НАДФН-дегидрогеназа, цитохром в5 — в мембранах эндоплазматического ретикулума; моноаминоксидаза — в наружной мембране митохондрий, а цитохром С-оксидаза, сукцинат-дегидрогеназа — во внутренней; кислая фосфатаза — в мембране лизосом).

    Рецепторные белки, специфически связывая низкомолекулярные вещества (многие гормоны, медиаторы), обратимо меняют свою форму. Эти изменения запускают внутри клетки ответные химические реакции. Таким способом клетка принимает различные сигналы, поступающие из внешней среды.

    К структурным белкам относят белки цитоскелета, прилегающие к цитоплазматической стороне клеточной мембраны. В комплексе с микротрубочками и микрофиламентами цитоскелета они обеспечивают противодействие клетки изменению ее объема и создают эластичность. В эту же группу включают ряд мембранных белков, функции которых не установлены.

    Углеводы в биологических мембранах находятся в соединении с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды). Углеводные цепи белков представляют собой олиго- или полисахаридные структуры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза. Углеводные компоненты М.б. открываются в основном во внеклеточную среду, образуя на поверхности клеточных мембран множество ветвистых образований, являющихся фрагментами гликолипидов или гликопротеидов. Их функции связаны с контролем за межклеточным взаимодействием, поддержанием иммунного статуса клетки, обеспечением стабильности белковых молекул в М.б. Многие рецепторные белки содержат углеводные компоненты. Примером могут служить антигенные детерминанты групп крови, представленные гликолипидами и гликопротеинами.

    Функции биологических мембран. Барьерная функция. Для клеток и субклеточных частиц М.б. служат механическим барьером, отделяющим их от внешнего пространства. Функционирование клетки часто сопряжено с наличием значительных механических градиентов на ее поверхности преимущественно вследствие осмотического и гидростатического давления. Основную нагрузку в этом случае несет клеточная стенка, главными структурными элементами которой у высших растений являются целлюлоза, пектин и экстепин, а у бактерий — муреин (сложный полисахарид-пептид). В клетках животных необходимость в жесткой оболочке отсутствует. Некоторую жесткость этим клеткам придают особые белковые структуры цитоплазмы, примыкающие к внутренней поверхности плазматической мембраны.

    Перенос веществ через М.б. сопряжен с такими важнейшими биологическими явлениями, как внутриклеточный гомеостаз ионов, биоэлектрические потенциалы, возбуждение и проведение нервного импульса, запасание и трансформация энергии и т.п. (см. Биоэнергетика). Различают пассивный и активный транспорт (перенос) нейтральных молекул, воды и ионов через М.б. Пассивный транспорт не связан с затратами энергии, он осуществляется путем диффузии по концентрационным, электрическим или гидростатическим градиентам. Активный транспорт осуществляется против градиентов, связан с затратой энергии (преимущественно энергии гидролиза АТФ) и сопряжен с работой специализированных мембранных систем (мембранных насосов). Различают несколько видов транспорта. Если вещество транспортируется через мембрану независимо от наличия и переноса других соединений, то такой вид транспорта называют юнипортом. Если перенос одного вещества сопряжен с транспортом другого, то говорят о котранспорте, причем однонаправленный перенос называется симпортом, а противоположно направленный — антипортом. В особую группу выделяют перенос веществ путем экзо- и пиноцитоза.

    Пассивный перенос может осуществляться путем простой диффузии через липидный бислои мембраны, а также через специализированные образования — каналы. Путем диффузии через мембрану проникают в клетку незаряженные молекулы, хорошо растворимые в липидах, в т.ч. многие яды и лекарственные средства, а также кислород и углекислый газ. Каналы представляют собой липопротеиновые структуры, пронизывающие мембраны. Они служат для переноса определенных ионов и могут находиться в открытом или закрытом состоянии. Проводимость канала зависит от мембранного потенциала, что играет важную роль в механизме генерации и проведения нервного импульса.

    В ряде случаев перенос вещества совпадает с направлением градиента, но существенно превосходит по скорости простую диффузию. Этот процесс называют облегченной диффузией; он происходит с участием белков-переносчиков. Процесс облегченной диффузии не нуждается в энергии. Этим способом транспортируются сахара, аминокислоты, азотистые основания. Такой процесс происходит, например, при всасывании сахаров из просвета кишечника клетками эпителия.

    Перенос молекул и ионов против электрохимического градиента (активный транспорт) связан со значительными затратами энергии. Часто градиенты достигают больших величин. например, концентрационный градиент водородных ионов на плазматической мембране клеток слизистой оболочки желудка составляет 106, градиент концентрации ионов кальция на мембране саркоплазматического ретикулума — 104, при этом потоки ионов против градиента значительны. В результате затраты энергии на транспортные процессы достигают, например, у человека, более 1/3 всей энергии метаболизма. В плазматических мембранах клеток различных органов обнаружены системы активного транспорта ионов натрия и калия — натриевый насос. Эта система перекачивает натрий из клетки и калий в клетку (антипорт) против их электрохимических градиентов. Перенос ионов осуществляется основным компонентом натриевого насоса — Na+, К+-зависимой АТФ-азой за счет гидролиза АТФ. На каждую гидролизующуюся молекулу АТФ транспортируется три иона натрия и два иона калия. Существуют два типа Са2+-АТФ-аз. Одна из них обеспечивает выброс ионов кальция из клетки в межклеточную среду, другая — аккумуляцию кальция из клеточного содержимого во внутриклеточное депо. Обе системы способны создавать значительный градиент иона кальция. К+, Н+-АТФ-аза обнаружена в слизистой оболочке желудка и кишечника. Она способна транспортировать Н+ через мембрану везикул слизистой оболочки при гидролизе АТФ. В микросомах слизистой оболочки желудка лягушки найдена аниончувствительная АТФ-аза, способная при гидролизе АТФ осуществлять антипорт бикарбоната и хлорида.

    Изложенные механизмы транспорта различных веществ через клеточные мембраны имеют место и в случае их транспорта через эпителий ряда органов (кишечника, почек, легких), который осуществляется через слой клеток (монослой в кишечнике и нефронах), а не через единичную клеточную мембрану. Такой транспорт называют трансцеллюлярным, или трансэпителиальным. Характерной особенностью клеток, например эпителиоцитов кишечника и канальцев нефронов, является то, что апикальная и базальная их мембраны различаются по проницаемости, величине мембранного потенциала и транспортной функции.

    Способность генерировать биоэлектрические потенциалы и проводить возбуждение. Возникновение биоэлектрических потенциалов связано с особенностями строения биологических мембран и с деятельностью их транспортных систем, создающих неравномерное распределение ионов по обе стороны мембраны (см. Биоэлектрические потенциалы, Возбуждение).

    Процессы трансформации и запасания энергии протекают в специализированных М.б. и занимают центральное место в энергетическом обеспечении живых систем. Два основных процесса энергообразования — фотосинтез и тканевое дыхание — локализованы в мембранах внутриклеточных органелл высших организмов, а у бактерий — в клеточной (плазматической) мембране (см. Дыхание тканевое). Фотосинтезирующие мембраны преобразуют энергию света в энергию химических соединений, запасая ее в форме сахаров — основного химического источника энергии для гетеротрофных организмов. При дыхании энергия органических субстратов освобождается в процессе переноса электронов по цепи окислительно-восстановительных переносчиков и утилизируется в процессе фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатом с образованием АТФ. Мембраны, осуществляющие фосфорилирование, сопряженное с дыханием, называют сопрягающими (внутренние мембраны митохондрий, клеточные мембраны некоторых аэробных бактерий, мембраны хроматофоров фотосинтезирующих бактерий).

    Метаболические функции мембран определяются двумя факторами: во-первых, связью большого числа ферментов и ферментативных систем с мембранами, во-вторых, способностью мембран физически разделять клетку на отдельные отсеки, отграничивая друг от друга метаболические процессы, протекающие в них. Метаболические системы не остаются при этом полностью изолированными. В мембранах, разделяющих клетку, имеются специальные системы, обеспечивающие избирательное поступление субстратов, выделение продуктов, а также движение соединений, обладающих регуляторным действием.

    Клеточная рецепция и межклеточные взаимодействия. Под этой формулировкой объединен весьма обширный и разнообразный набор важных функций клеточных мембран, определяющих взаимодействие клетки с окружающей средой и формирование многоклеточного организма как единого целого. Молекулярно-мембранные аспекты клеточной рецепции и межклеточных взаимодействий касаются прежде всего иммунных реакций, гормонального контроля роста и метаболизма, закономерностей эмбрионального развития.

    Нарушения структуры и функции биологических мембран. Разнообразие типов М.б., их полифункциональность и высокая чувствительность к внешним условиям порождают необыкновенное разнообразие структурно-функциональных нарушений мембран, возникающих при многих неблагоприятных воздействиях и сопряженных с огромным числом конкретных заболеваний организма как целого. Все это разнообразие нарушений достаточно условно можно подразделить на транспортные, функционально-метаболические и структурные. В общем виде охарактеризовать последовательность возникновения этих нарушений не представляется возможным, и в каждом конкретном случае требуется детальный анализ для выяснения первичного звена в цепи развития структурно-функциональных нарушений мембран. Нарушение транспортных функций мембран, в частности увеличение проницаемости мембран, — общеизвестный универсальный признак повреждения клетки. Нарушением транспортных функций (например, у человека) обусловлено более 20 так называемых транспортных болезней, среди которых почечная глюкозурия, цистинурия, нарушение всасывания глюкозы, галактозы и витамина В12, наследственный сфероцитоз и др. Среди функционально-метаболических нарушений М.б. центральными являются изменения процессов биосинтеза, а также многообразные отклонения в энергообеспечении живых систем. В наиболее общем виде следствием этих процессов является нарушение состава и физико-химических свойств мембран, выпадение отдельных звеньев метаболизма и его извращение, а также снижение уровня жизненно важных энергозависимых процессов (активного транспорта ионов, процессов сопряженного транспорта, функционирования сократительных систем и т.д.). Повреждения ультраструктурной организации М.б. выражаются в чрезмерном везикулообразовании, увеличении поверхности плазматических мембран за счет образования пузырей и отростков, слиянии разнородных клеточных мембран, образовании микропор и локальных структурных дефектов.

    Библиогр.: Биологические мембраны, под ред. Д.С. Парсонса, пер. с англ., М., 1978; Болдырев А.А. Введение в биохимию мембран, М., 1986, библиогр.; Конев С.В. и Мажуль В.М. Межклеточные контакты. Минск, 1977; Кульберг А.Я. Рецепторы клеточных мембран, М., 1987, библиогр.; Маленков А.Г. и Чуич Г.А. Межклеточные контакты и реакции ткани, М., 1979; Сим Э. Биохимия мембран, пер. с англ., М., 1985, библиогр.; Финеан Дж., Колмэн Р. и Митчелл Р. Мембраны и их функции в клетке, пер. с англ., М., 1977, библиогр.

    Схема строения биологической мембраны: 1 — углеводные фрагменты гликопротеидов; 2 — липидный бислой; 3 — интегральный белок; 4 — «головки» фосфолипидов; 5 — периферический белок; 6 — холестерин; 7 — жирнокислотные «хвосты» фосфолипидов.

    Источник: Медицинская энциклопедия на Gufo.me


    Значения в других словарях

    1. Мембраны биологические — См. Биологические мембраны. Большая советская энциклопедия
    2. мембраны биологические — МЕМБРАНЫ БИОЛОГИЧЕСКИЕ (от лат. membrana — кожица, перепонка) сложные высокоорганизованные надмоле-кулярные структуры, ограничивающие клетки (клеточные, или плазматич., мембраны) и внутриклеточные органоиды — митохондрии, хлоропласты, лизосомы и др. Химическая энциклопедия

    gufo.me

    5.Клеточная мембрана, ее структурная организация, функции клеточной мембраны.

    Плазматическая мембрана отделяет клетку и ее содержимое от окружающей среды. В настоящее время принята мозаичная модель строения клеточной мембраны. Согласно этой модели мембрана образована двумя слоями липидов, а белковые молекулы пронизывают толщу мембраны. Гидрофобные «хвосты» липидов, состоящие из остатков молекул жирных кислот, обращены внутрь двойного слоя. Снаружи располагаются гидрофильные «головки», состоящие из остатка молекулы спирта глицерина. Липиды являются основой мембраны, обеспечивают ее устойчивость и прочность, т.е. выполняют структурную (строительную) функцию. Эта функция возможна благодаря гидрофобности липидов.

    Основная функция плазматической мембраны транспортная. Она обеспечивает поступление питательных веществ в клетку и выведение из нее продуктов обмена. Помимо этой функции, плазматическая мембрана выполняет следующие функции: барьерную, отграничивающую и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные вещества. Наличие рецепторов в оболочке дает клеткам способность воспринимать сигналы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения в окружающей среде

    6. Цитоплазма клетки, ее составные части и назначение

    В цитоплазме различают основное вещество, органеллы и включения. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Белковый состав гиалоплазмы разнообразен. Важнейшие из белков представлены ферментами гликолиза, обмена сахаров, азотистых оснований, аминокислот и липидов. Ряд белков гиалоплазмы служит субъединицами, из которых происходит сбор таких структур, как микротрубочки.

    Основное вещество цитоплазмы образует истинную внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает взаимодействие друг с другом. Выполнение матриксом объединяющей, а также каркасной функции может быть связана с помощью сверхмощного электронного микроскопа микротрабекулярной сети, образованной тонкими фибриллами. Также функционально цитоплазматический матрикс является местом осуществления внутриклеточного обмена. Через гиалоплазму осуществляется значительный объем внутриклеточных перемещений веществ и структур. Гиалоплазму следует рассматривать как сложную коллоидную систему, способную переходить из жидкого состояния в гелеобразное.

    7. Органеллы общего назначения. Их структура и функции.

    Органеллы общего назначения делят на мембранные и немембранные. Мембранные в свою очередь делятся на одномембранные и двумембранные. К одномембранным относят:

    Эндоплазматический ретикулум (ЭПР). Представляет собой систему мембран, формирующих цистерны и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство - полости ЭПР.. Различают два вида ЭПР: шероховатый, содержащий на своей поверхности рибосомы и гладкий, мембраны которого рибосом не несут. Функции: разделяет цитоплазму клетки на изолированные отсеки, обеспечивая, тем самым пространственное отграничение друг от друга множества параллельно идущих различных реакций. Осуществляет синтез и расщепление углеводов и липидов (гладкий ЭПР) и обеспечивает синтез белка (шероховатый ЭПР), накапливает в каналах и полостях, а затем транспортирует к органоидам клетки продукты биосинтеза.

    Аппарат Гольджи. Органоид, обычно расположенный около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра). Представляет собой стопку уплощенных цистерн с расширенными краями, состоит из 4-6 цистерн. Число стопок Гольджи в клетке колеблется от одной до нескольких сотен. Важнейшая функция комплекса Гольджи - выведение из клетки различных секретов (ферментов, гормонов), поэтому он хорошо развит в секреторных клетках. Здесь происходит синтез сложных углеводов из про-стых сахаров, созревание белков, образование лизосом.

    Лизосомы. Самые мелкие одномембранные органоиды клетки, представляющие собой пузырьки диа-метром 0,2-0,8 мкм, содержащие до 60 гидролитических ферментов,. Образование лизосом происходит в аппарате Гольджи,. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом, отсюда и название органоида. Различают: первичные вторичные лизосомы - лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с пиноцитозными или фагоцитозными вакуолями; в них происходит переваривание и лизис поступивших в клетку веществ (поэтому часто их называют пищеварительными вакуолями): Иногда с участием лизосом происходит саморазрушение клетки. Этот процесс называют автолизом. Обычно это происходит при некоторых процессах дифференцировки Вакуоли — крупные мембранные пузырьки или полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком. Вакуоли образуются в клетках растений и грибов из пузыревидных расширений эндоплазматического ретикулума или из пузырьков комплекса Гольджи. В меристематических клетках растений вначале возникает много мелких вакуолей. Увеличиваясь, они сливаются в центральную вакуоль, которая занимает до 70—90% объема клетки и может быть пронизана тяжами цитоплазмы Функции вакуолей. Вакуоли играют главную роль в поглощении воды растительными клетками. Вода путем осмоса через ее мембрану поступает в вакуоль, клеточный сок которой является более концентрированным, чем цитоплазма, и оказывает давление на цитоплазму, а следовательно, и на оболочку клетки. В результате в клетке развивается тургорное давление, В запасающих тканях растений вместо одной центральной часто бывает несколько вакуолей, в которых скапливаются запасные питательные вещества (жиры, белки). Сократительные (пульсирующие) вакуоли служат для осмотической регуляции, прежде всего, у пресноводных простейших, Сократительные вакуоли поглощают избыток воды и затем выводят ее наружу путем сокращений.

    К двумембранным органоидам относятся

    Пластиды - характерные органеллы клеток автотрофных эукариотических организмов. Их окраска, форма и размеры весьма разнообразны. Различают хло-ропласты, хромопласты и лейкопласты. Все типы пластид генетически родственны друг другу, и одни их виды могут превращаться в другие: Хлоропласты имеют зеленый цвет, обусловленный присутствием основного пигмента — хлорофилла. Хлоропласты ограничены двумя мембранами — наружной и внутренней. Наружная мембрана отграничивает жидкую внутреннюю гомогенную среду хлоропласта — строму (матрикс). В строме содержатся белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула), РНК, рибосомы и запасные вещества (липиды, крахмальные и белковые зерна) а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа. Внутренняя мембрана хлоропласта образует впячивания внутрь стромы —тилакоиды. Именно в мембранах тилакоидов локализованы светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании энергии света. Хлоропласты в клетке осуществляют процесс фотосинтеза. Лейкопласты — мелкие бесцветные пластиды различной формы Лейкопласты в основном встречаются в клетках органов, скрытых от солнечного света (корней, корневищ, клубней, семян). Они осуществляют вторичный синтез и накопление запасных питательных веществ — крахмала, реже жиров и белков. Хромопласты отличаются от других пластид своеобразной формой и окраской (оранжевые, желтые, красные). Хромопласты лишены хлорофилла и поэтому не способны к фотосинтезу Митохондрии - неотъемлемые компоненты всех эукариотических клеток. толщиной 0,5 мкм и длиной до 7—10 мкм. Митохондрии ограничены двумя мембранами — наружной и внутренне. Наружная мембрана отделяет ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана образует множество впячиваний внутрь митохондрий — так называемых крист. На мембране крист или внутри нее располагаются ферменты, которые участвуют в кислородном дыхании Ограниченное ею внутреннее содержимое митохондрии {матрикс) по составу близко к цитоплазме. Матрикс содержит различные белки, в том числе ферменты, ДНК (кольцевая молекула), все типы РНК, аминокислоты, рибосомы, ряд витаминов. ДНК обеспечивает некоторую генетическую автономность митохондрий, хотя в целом их работа координируется ДНК ядра. Митохондрии являются энергетической станцией клетки.

    Немембранные органеллы:

    Клеточный центр. В клетках большинства животных, а также некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников имеются центриоли. Расположены они обычно в центре клетки, что и определило их название . Центриоли представляют собой полые цилиндры длиной не более 0,5 мкм. Они располагаются парами перпендикулярно одна к другой. Каждая центриоль построена из девяти триплетов микротрубочек Основная функция центриолей — организация микротрубочек веретена деления клетки.

    Рибосомы — это мельчайшие сферические гранулы, являющиеся местом синтеза белка из аминокислот. Они обнаружены в клетках всех организмов. Рибосомы представлены в клетке огромным числом: за клеточный цикл их образуется около 10 млн. штук. В состав рибосом входит множество молекул различных белков и несколько молекул РНК. Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц. При объединении в рибосому малая субъединица ложится одним концом на один из выступов большой субъединицы. В состав малой субъединицы входит одна молекула РНК, в состав большой — три

    Цитоскелет. Одной из отличительных особенностей эукариотической клетки является наличие в ее цитоплазме скелетных образований в виде микротрубочек и пучков белковых волокон. Элементы цитоскелета, тесно связанные с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой, образуют сложные переплетения в цитоплазме. Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами, определяет форму клетки, участвует в ее движениях, в делении и перемещениях самой клетки, во внутриклеточном транспорте органоидов и отдельных соединений.

    8.Органеллы специального назначения. Их структура и функции. Органеллы специального назначения присутствуют в клетках, специализированных к выполнению определенной функции, но в незначительном количестве могут встречаться и в других типах клеток. К ним относят, например, микроворсинки всасывающей поверхности эпителиальной клетки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, синаптические пузырьки, транспортирующие переносчиков нервного возбуждения с одной нервной клетки на другую или клетку рабочего органа, миофибриллы, от которых зависит сокращение мышцы.

    9.Химический состав клетки, ее физико-химическое состояние и осмотические свойства протоплазмы клетки. Из известных в настоящее время науке 105 химических элементов, свыше 70 входят в состав организмов. Допустимо предположить, что нет таких элементов в природе, которые в каком-то количестве не входят в состав тех или иных организмов. Около 40 химических элементов, которые принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью, называются биогенными. Элементный анализ протоплазмы растений и животных показывает, что в среднем она содержит: O около 70% общей массы, С около 18% и Н около 10%. Затем следуют Ca, N, K, и Si, входящие в состав живых организмов в десятых долях процента, а также P, Mg, S, Cl, Na, Al и Fe, составляющие сотые доли процента. Названные элементы вместе с О, Н и С составляют 99,99 % массы живого организма. Эти элементы называются макроэлементами.

    В несколько меньшем количестве встречаются Mn, B, Cu, Zi, Ba, Li, I, Co, Cr. Они составляют тысячные, десятитысячные и стотысячные доли процента по отношению к массе тела и получили название микроэлементы. Помимо них имеются еще и ультрамикроэлементы: Hg, Au, Ra и др., составляющие миллионы доли процентов. Важность того или иного элемента определяется не только количеством. Многие микро- и ультрамикроэлементы оказались необходимыми.

    studfile.net

    Эндоплазматический ретикулум — Википедия

    Эндоплазмати́ческий рети́кулум (ЭПР) (лат. reticulum — сеточка), или эндоплазматическая сеть (ЭПС), — внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.

    Схематическое представление клеточного ядра, эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи.
    (1) Ядро клетки.
    (2) Поры ядерной мембраны.
    (3) Гранулярный эндоплазматический ретикулум.
    (4) Агранулярный эндоплазматический ретикулум.
    (5) Рибосомы на поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума.
    (6) Макромолекулы
    (7) Транспортные везикулы.
    (8) Комплекс Гольджи.
    (9) Цис-Гольджи
    (10) Транс-Гольджи
    (11) Цистерны Гольджи

    Впервые эндоплазматический ретикулум был обнаружен американским учёным К. Портером в 1945 году посредством электронной микроскопии.[1]

    Эндоплазматический ретикулум состоит из разветвлённой сети трубочек и карманов, окружённых мембраной. Площадь мембран эндоплазматического ретикулума составляет более половины общей площади всех мембран клетки.

    Мембрана ЭПР морфологически идентична оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно целое. Таким образом, полости эндоплазматического ретикулума открываются в межмембранную полость ядерной оболочки. Мембраны ЭПС обеспечивают активный транспорт ряда элементов против градиента концентрации. Нити, образующие эндоплазматический ретикулум, имеют в поперечнике 0,05—0,1 мкм (иногда до 0,3 мкм), толщина двухслойных мембран, образующих стенку канальцев, составляет около 50 ангстрем (5 нм, 0,005 мкм). Эти структуры содержат ненасыщенные фосфолипиды, а также некоторое количество холестерина и сфинголипидов. В их состав также входят белки.

    Трубочки, диаметр которых колеблется в пределах 0,1—0,3 мкм, заполнены гомогенным содержимым. Их функция — осуществление коммуникации между содержимым пузырьков ЭПС, внешней средой и ядром клетки.

    Эндоплазматический ретикулум не является стабильной структурой и подвержен частым изменениям.

    Выделяют два вида ЭПР:

    • гранулярный (шероховатый) эндоплазматический ретикулум;
    • агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум.

    На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного ЭПР.

    Гранулярный и агранулярный эндоплазматический ретикулум выполняют различные функции в клетке.

    Функции эндоплазматического ретикулума[править | править код]

    При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПР характерно также накопление продуктов синтеза. Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки (например после митоза). Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки. В клетках мышечных волокон расположена особая форма эндоплазматического ретикулума — саркоплазматическая сеть.

    Функции агранулярного эндоплазматического ретикулума[править | править код]

    Агранулярный эндоплазматический ретикулум участвует во многих процессах метаболизма. Также агранулярный эндоплазматический ретикулум играет важную роль в углеводном обмене, нейтрализации ядов и запасании кальция. Ферменты агранулярного эндоплазматического ретикулума участвуют в синтезе различных липидов и фосфолипидов, жирных кислот и стероидов. В частности, в связи с этим в клетках надпочечников и печени преобладает агранулярный эндоплазматический ретикулум.

    Синтез гормонов[править | править код]

    К гормонам, которые образуются в агранулярной ЭПС, принадлежат, например, половые гормоны позвоночных животных и стероидные гормоны надпочечников. Клетки яичек и яичников, ответственные за синтез гормонов, содержат большое количество агранулярного эндоплазматического ретикулума.

    Накопление и преобразование углеводов[править | править код]

    Углеводы в организме накапливаются в печени в виде гликогена. Посредством гликогенолиза гликоген в печени трансформируется в глюкозу, что является важнейшим процессом в поддержании уровня глюкозы в крови. Один из ферментов агранулярного ЭПР отщепляет от первого продукта гликогенолиза, глюкоза-6-фосфата, фосфогруппу, позволяя таким образом глюкозе покинуть клетку и повысить уровень сахаров в крови.

    Нейтрализация ядов[править | править код]

    Гладкий эндоплазматический ретикулум клеток печени принимает активное участие в нейтрализации всевозможных ядов. Ферменты гладкого ЭПР присоединяют к молекулам токсичных веществ гидрофильные радикалы, в результате чего повышается растворимость токсичных веществ в крови и моче, и они быстрее выводятся из организма. В случае непрерывного поступления ядов, медикаментов или алкоголя образуется большее количество агранулярного ЭПР, что повышает дозу действующего вещества, необходимую для достижения прежнего эффекта.

    Роль ЭПС как депо кальция[править | править код]

    Концентрация ионов кальция в ЭПС может достигать 10−3моль, в то время как в цитозоле составляет порядка 10−7моль (в состоянии покоя). Под действием инозитолтрифосфата и некоторых других стимулов кальций высвобождается из ЭПС путём облегченной диффузии. Возврат кальция в ЭПС обеспечивается активным транспортом. При этом мембрана ЭПС обеспечивает активный перенос ионов кальция против градиентов концентрации больших порядков. И приём, и освобождение ионов кальция в ЭПС находится в тонкой взаимосвязи с физиологическими условиями.

    Концентрация ионов кальция в цитозоле влияет на множество внутриклеточных и межклеточных процессов, таких как активация или инактивация ферментов, экспрессия генов, синаптическая пластичность нейронов, сокращения мышечных клеток, освобождение антител из клеток иммунной системы.

    Саркоплазматический ретикулум[править | править код]

    Особую форму агранулярного эндоплазматического ретикулума, саркоплазматический ретикулум, представляет собой ЭПС в мышечных клетках, в которых ионы кальция активно закачиваются из цитоплазмы в полости ЭПР против градиента концентрации в невозбуждённом состоянии клетки и освобождаются в цитоплазму для инициации сокращения.

    Роль во взрослении растительной клетки[править | править код]

    Также гладкая ЭПС синтезирует провакуоли, необходимые для жизни растительной клетки.

    Функции гранулярного эндоплазматического ретикулума[править | править код]

    Главная функция гранулярного (шероховатого) эндоплазматического ретикулума: синтез белков

    Синтез белков[править | править код]

    Белки, производимые клеткой, синтезируются на поверхности рибосом, которые могут быть присоединены к поверхности ЭПС. Полученные полипептидные цепочки помещаются в полости гранулярного эндоплазматического ретикулума (куда попадают и полипептидные цепочки, синтезированные в цитозоле), где впоследствии правильным образом обрезаются и сворачиваются. Таким образом, линейные последовательности аминокислот получают после транслокации в эндоплазматический ретикулум необходимую трёхмерную структуру, после чего повторно перемещаются в цитозоль.

    • Ретикулоны — белки эндоплазматического ретикулума.
    • Транслокон — белковый комплекс, обеспечивающий транспорт белков в ЭПР.

    ru.wikipedia.org

    Вопрос №3. Мембранный принцип организации клетки

    Цитоплазма представляет собой метаболический рабочий аппарат клетки. В ней сосредоточены общие и специальные органоиды, в цитоплазме протекают основные метаболические процессы.

    Общей чертой всех мембран клетки, внешней плазматической мембраны и всех внутриклеточных мембран и мембранных органоидов является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеидной природы (липиды в комплексе с белками), замкнутые сами на себя. В клетке нет открытых мембран со свободными концами. Мембраны клетки всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон и тем самым отделяя содержимое таких полостей от окружающей их среды. Так, плазматическая мембрана, покрывая всю поверхность клетки, имеющей сложную форму и многочисленные выросты, нигде не прерывается, она замкнута. Она отделяет содержимое цитоплазмы от окружающей клетку среды. Внутриклеточные замкнутые мембраны образуют пузырьки — вакуоли шаровидной или уплощенной формы. В последнем случае образуются плоские мембранные мешки, или цистерны. Часто полости, отграниченные мембранами, имеют сложную форму, напоминающую губку или сеть, но и в этом случае такие полости без перерывов отграничены мембраной. В подобных вариантах мембраны также разделяют две структурные фазы цитоплазмы: гиалоплазму от содержимого вакуолей и цистерн. Такое же свойство имеют мембраны митохондрий и пластид: они разделяют внутреннее содержимое от межмембранных полостей и от гиалоплазмы. Ядерная оболочка тоже может быть представлена в виде перфорированного полого двойного мембранного мешка шаровидной формы. Мембраны ядерной оболочки разграничивают, отделяют друг от друга кариоплазму и хромосомы от полости перинуклеарного пространства и от гиалоплазмы. Эти общие морфологические свойства клеточных мембран определяются их химическим составом, их липопротеидной природой.

    Вопрос №4. Строение и функции органоидов и включений в клетке

    Строение клетки.

    Клетки находятся в межклеточном веществе, обеспечивающем их

    механическую прочность, питание и дыхание. Основные части любой клетки –

    цитоплазма и ядро.

    Клетка покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоёв молекул,

    обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме

    расположены мельчайшие структуры – органоиды. К органоидам клетки

    относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы,

    комплекс Гольджи, клеточный центр.

    ВКЛЮЧЕНИЯ КЛЕТКИ, компоненты цитоплазмы, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов. Специфика включений клетки связана со специализацией соответствующих клеток, тканей и органов. Наиболее распространены трофические включения клетки — капли жира, глыбки гликогена, желток в яйцах. В растительных клетках включения представлены главным образом крахмальными и алейроновыми зёрнами и липидными каплями. К включениям клетки относят также секреторные гранулы в железистых клетках животных, кристаллы некоторых солей (главным образом оксалат кальция) в клетках растений. Особый вид включений клетки — остаточные тельца — продукты деятельности лизосом.

    studfile.net

    13. Гэрл - система и поток мембран в клетке.

    ЭПС-совокупность вакуолей , плоских мембранных мешков или трубчатых образований, создающих как бы мембранную сеть внутри цитоплазмы. Различают гранулярную и агранулярную ЭПС. Гранулярная ЭПС представлена замкнутыми мембранами, которые образуют на сечениях уплощенные мешки, цистерны, трубочки. Роль заключается в синтезе на ее рибосомах экспортируемых белков, в их изоляции от содержимого гиалоплазмы внутри мембранных полостей, транспорт белков в другие участки клетки, синтез структурных компонентов клетки. В гладкой сети нет рибосом. Она возникает и развивается на основе гранулярной сети. В отдельных участках образуются новые липопротеидные мембраны участки, лишенные рибосом. Эти участки могут разрастаться, отщепляться от гранулярных мембран и функционировать как самостоятельная система. Участвует в заключительных этапах синтеза липидов. В поперечнополосатых мышечных волокнах способна депонировать ионы кальция. Дезактивация различных вредных для организма веществ за счет их их окисления с помощью ряда специальных факторов.

    Аппарат Гольджи(пластинчатый комплекс) совокупность цитоплазматических диктиосом. Каждая диктиосома состоит из плоских цестерн.На периферии наблюдается множество мелких пузырьков(везикулов) Имеет цис-сторону(недеятельную) где находятся мелкие везикулы с материалом, синтезированным эндоплазматическим ретикулом. И транс-сторону(деятельную) с крупными вакуолями синтезированного диктиосомой секреторного материала. Участвует в накоплении продуктов, синтезированных в цитоплазматической сети, в их химических перестройках, осуществляется процесс выведения готовых секретов за пределы секреторной клетки. Формирование лизосом. Секреторная функция.

    Лизосомы-это разнообразный комплекс вакуолей, ограниченные одиночной мембраной. Характерный признак- наличие фермента гидролаз, расщепляющих различные биополимеры.Функция-переваривание износившихся органелл. Различают первичные, вторичные третичные.

    Первичные представляют собой мелкие мембранные пузырьки, заполненные бесструктурным веществом, содержащим гидролазы, в том числе активную кислую фосфатазу(маркер для лизосом) Место ее синтеза-гранулярная сеть, затем этот фермент появляется в проксимальных участках диктиосом, а затем в мелких везикулах попериферии и наконец в первичных. Вторичные(аутофагосомы) или внутриклеточные пищеварительные вакуоли, формируются при слиянии первичных лизосом с фагоцитарными или пиноцитозными вакуолями, образуя фаголизосомы. Вещества попавшие в состав 2-ой лизосомы, расщепляется гидролазами до мономеров, которые транспортируются через мембрану лизосом в гиалоплазму, где она вклячаются в обменные процессы. Третичная или остаточное тельце содержит непереваренные продукты. Содержат меньше гидролитических ферментов, в них происходит уплотнение содержимого, его перестройка.

    14. Митохондрии, их энергетические функции.

    Митохондрии-энергетическая система клетки, органеллы синтеза АТФ. Могут перемещаться, сливаться, делиться. Обычно скапливаются вблизи тех участков, где возникает потребность в АТФ. В сердечной мышце около миофибрилл. Увеличение числа происходит путем деления. Ограничены 2 мембранами. Наружная отделяет от гиалоплазмы. Имеет ровные контуры и замкнута. Внешнюю от внутренней отделяет межмембранное пространство. Внутренняя мембрана ограничивает собственно внутренне содержимое-матрикс. Образует внутренние выпячивания-кристы. Матрикс имеет тонкозернистое строение. В нем иногда появляются тонкие нити, представляющие собой молекулы ДНК, а мелкие гранулы-митохонлриальные рибосомы. Функция –это образование АТФ, происходящий в результате процессов окисления органических субстратов фосфорилирования АДФ. В гиалоплазме происходит первичное окисление субстратов. Без кислорода. Аэробное окисление и синтез основной массы АТФ происходит с кислородом и локализуется внутри митохондрий. В мембранах крист митохондрий происходит перенос электронов от 1 белка-акцептора к другому, и связывание их с кислородом, вследствие чего образуется вода. Часть энергии запасается в виде макроэргической связи при фосфорилировании АДФ, что приводит к образованию большлго числа молекул АТФ. В матриксе-автономная система митохондриального белкового синтеза. Представлена молекулами ДНК. На них происходит синтез РНК разных типов. Наблюдается образование рибосом.

    studfile.net

    10. Структура, физико-химические свойства и функции биологических мембран

    10. Структура, физико-химические свойства и функции биологических мембран. Латеральная диффузия в билипидном слое. Твердокристаллическая и жидкокристаллическая фазы в мембранах. Роль холестерина.

    1. Строение и свойства клеточных мембран

    Каждая клетка окружена оболочкой - мембраной толщиной около 10 нанометров (10 5-8 0 м или 0,01 микрометра). Это намного меньше минимального разрешаемого расстояния светового микроскопа, поэтому до появления электронных микроскопов о структуре мембран ничего не было известно. Сейчас, однако, она изучена довольно хорошо. Главная часть мембраны -  двойной фосфолипидный слой. . Молекулы фоcфолипидов состоят из  гилрофильной  (обладающей сродством к воде)головки , в состав которой входит фосфатная группа, и двух гидрофобных хвостов  (жирных кислот), имеющих сродство к жирам. В водной среде молекулы таких веществ самопроизвольно выстраиваются в виде двойногослоя, в котором головки обращены наружу, то есть к воде, а а хвосты друг к другу; при этом направления всех молекул параллельны. Такой билипидный слой  и является основой клеточных мембран.Кроме фосфолипидов, в состав мембраны обязательно входят  белки .

    По их расположению белки делят на три группы. Одни белки  встроены в сам билипидный слой; их называют  интегральными белками. . Другая группа белков находится  на внутренней поверхности липидного слоя; это, в основном, ферменты. . Эффективность ферментов, закреплённых на мембране, намного выше, чем просто растворённых в цитоплазме; это, в частности, объясняется тем, что белки на мембране располагаются не случайным образом, а в строгом порядке, соответствующем порядку катализируемых ими биохимических реакций. Наконец, белки, находящиеся  на внешней поверхности мембраны,  выполняют, в основном, рецепторные ьфункции , то есть передают в клетку информацию о состоянии окружающей клетку среды. В частности, рецепторные белки играют очнь важную роль в иммунитете при их активном участии происходит синтез  антител .; велика роль этих белков и в развитии аллергических реакций. . В состав рецепторных белков входят  полисахариды , поэтому эти белки называют гликопротеидами  (гликоссахар,  греч ).Кроме мембраны, окружающей клетку, (её называют цитоплазматической мембраной), внутри клетки находится много внутренних мембран, которые делят клетку на большое число отсеков (компартментов). В принципе их структура аналогична структуре цитоплазматической мембраны, хотя имеются и специфические отличия.

    Латеральная диффузия. Жидкокристаллическая и твёрдокристалличекая фазы

    Билипидный слой отличается строго упорядоченным расположением фосфолипидных молекул, поэтому можно сказать, что мембрана - это  кристаллическая структура. Однако, в отличие от обычных кристаллов,молекулы в мембране могут  достаточно интенсивно перемещаться вдоль своего слоя . Дело в том, что в каждом слое мембраны имеются  незанятые (вакантные)  места .Соседняя с таким вакантным местом молекула фосфолипида может,  сохраняя свою ориентацию, переместиться на свободную позицию;то место, на котором она находилась, займёт новая молекула и т.д. В результате,  при сохранении общей упорядоченности (кристалличности) мембраны составляющие её молекулы будут весьма интенсивно двигаться в плоскости слоя. Расчёт показывает, что в среднем каждая фосфолипидная молекула перемещается с места на место около 10 57 0 раз в секунду. Вслед за фосфолипидными молекулами в движение, хотя и в меньшей степени, вовлекаются и молекулы белков. Такая подвижность молекул в мембране называется  латеральной диффузией .  Она играет важную роль в процессах транспорта.В принципе возможно перемещение молекулы  и из одного слоя в другой , но это связано с переворотом молекулы фосфолипида на 180 ,для чего надо преодолеть высокий потенциальный барьер. Поэтому подобный процесс очень мало вероятен и не имеет практического значения. С малойвероятностью перехода молекул из одного слоя в другой связана  асимметрия  мембран: внутренний и наружный слои мембран заметно отличаются по своим свойствам. Сочетание  упорядоченной структуры  (как в кристаллах) и высокой подвижности  молекул  (как в жидкостях)  характерно не только для мембран, но и для некоторых органических соединений, которые называют  жидкими кристаллами .. Клеточные мембраны тоже можно отнести к жидким кристаллам. Однако, вся мембрана не может быть жидкокристаллической – это снизило бы её прочность, нарушило бы правильное расположение ферментов и т.п. Поэтому в мембранах сочетаются  жидкокристаллическая и твёрдокристаллическая фазы  В последней вакантных мест очень мало, и подвижность молекул незначительна. Соотношение между фазами зависит от типа клетки и её функционального состояния.На подвижность фосфолипидных молекул большое влияние оказывает входящий в состав мембран холестерин . Молекулы холестерина увеличивают жёсткость мембраны, . ограничивая латеральную диффузию. Поэтому повышенное содержание холестерина в организме ведёт не только к нарушению кровообращения (из-за отложения холестерина в сосудах), но и к другимрасстройствам, связанным с нарушением функции мембран.

    Функции биологических мембран

    1.  Механическая  функция - поддержание целостности и автономности клеток.

    2.  Транспортная  функция - избирательный перенос необходимых для жизнедеятельности клетки веществ в клетку и продуктов метаболизма из клетки.

    3.  Барьерная функция  - полная или частичная защита клетки от проникновния в неё вредных веществ.

    4.  Матричная  функция. Биологические мембраны служат основой для размещения ферментов, рецепторных белков и других активных веществ, что обеспечивает наиболее выгодную пространственно-временную организацию биофизических и биохимических процессов.

    5.  Биоэлектрическая  функция .  Именно мембраны обеспечивают все электрические процессы в клетках и в организме в целом.

    studfile.net

    12. Цитоплазматические мембраны. Химический состав, строение, функции.

    ЦМ – представляют собой двойной слой фосфолипидных молекул с встроенными или примыкающими к нему белками и комплексами небелкового происхождения.

    Среди липидов можно выделить фосфолипиды, хо­лестерин, гликолипиды (углеводы + жиры), липопротеины. Каждая молекула жира имеет полярную гидрофильную головку и неполяр­ный гидрофобный хвост. При этом молекулы ориентированы так, что головки обращены кнаружи и внутрь клетки, а неполярные хвосты — внутрь самой мембраны. Этим достигается избирательная проницаемость для веществ, поступающих в клетку. Схема строения элементарной мембраны жидкостно-мозаичная: жиры составляют жидкокристаллический каркас, а белки мозаично встроены в него и могут менять свое положение. Важнейшая функция: способствует компартментации — подразделению содержимого клетки на отдельные ячейки, отличаю­щиеся деталями химического или ферментного состава. Отдельный компартмент (ячейка) представлен какой-либо мембранной органеллой (например, лизосомой) или ее частью (кристами, отграниченными внутренней мембраной митохондрий).  Другие функции: 1) барьерная; 2) структурная; 3) защитная; 4) регуляторная; 5) рецепторная.

    13. Морфобиологическая характеристика основных органелл клетки (рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, эндоплазматический ретикулум).

    1. Рибосомы

    • Строение: ультрамикроскопические органеллы, округлой или грибовидной формы, состоящие из 2х частей – субъединиц. Они не имеют мембранного строения и состоят из белка и р-РНК. Субъединицы образуются в ядрышке. Объединяются вдоль молекулы и-РНК в цепочки – полирибосомы – в цитоплазме.

    • Функции: универсальные органеллы всех клеток животных и растений. Находятся в цитоплазме в свободном состоянии или на мембранах ЭПС; кроме того, что содержатся в митохондриях и хлоропластах. В рибосомах синтезируются белки по принипу матричного синтеза; образуется полипептидная цепочка – первичная стурктура молекулы белка.

    1. Митохондрии

    • Строение: микроскопические органеллы имеющие 2х мембранное строение. Внешняя мембрана – гладкая , внутренняя – обретает выросты (кристы). В полужидком веестве митохондрии находятся ферменты: рибосомы, ДНК, РНК. Размножаются делением.

    • Функции: являются дыхательным и энергетическим центром клетки.

    1. Комплекс Гольджи

    • Строение: микроскопические 1 мембранные органеллы, состоящие из цепочки плоских цистерн, по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки. Имеют 2 полюса: строительный и секреторный.

    • Функции: в цистернах накапливаются продукты синтеза, распада и вещества, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму: одни используются, другие выводятся наружу. В растительной клетки участвуют в построении клеточной стенки.

    1. Лизосомы

    • Строение: микроскопические 1 мембранные органеллы, округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах. Обособляются от диктиосом в виде пузырьков.

    • Функции: переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе, защитная функция. В клетках любых организмов осуществляет автолиз (саморастворение органелл, особенно в условиях пищевого или кислородного голодания. У растений органеллы растворяются при образовании пробковой ткани, сосудов древесины, волокон.

    1. Эндоплазматический ретикулум или эндоплазматическая сеть

    • Строение: ультрамикроскопическая система мембран, образующая трубочки, канальцы, цистерны, пузырьки. Строение мембран универсальное (как и наружной), вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭПС несет рибосомы, а гладкая лишена.

    • Функции: обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками. Делит клетку на отельные секции в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Гранулярная ЭПС участвует в синтезе белка. В каналах ЭПС молекулы белка приобретают вторичную, третичную и четвертичную структуры, синтезируются жиры и транспортируется АТФ.

    studfile.net


    Смотрите также