Какви вещества изграждат цитоплазмената мембрана. Цитоплазмена мембрана
Основата Плазмената мембрана, подобно на други мембрани в клетките (например митохондрии, пластиди и др.), се състои от слой липиди, който има два реда молекули (фиг. 1). Тъй като липидните молекули са полярни (единият полюс е хидрофилен, т.е. привлечен от вода, а другият е хидрофобен, т.е. отблъснат от вода), те са подредени в определен ред. Хидрофилните краища на молекулите на единия слой са насочени към водната среда - в цитоплазмата на клетката, а другия слой - навън от клетката - към междуклетъчното вещество (при многоклетъчните организми) или към водната среда (при едноклетъчните организми ).
Ориз. 1. Структурата на клетъчната мембрана според течността-мозаечен модел. Протеините и гликопротеините са потопени в двойнослой от липидни молекули, обърнати към хидрофилните имзавършва (кръгове) навън и хидрофобни (вълнообразни линии) -дълбоко в мембраната
Секретират периферни протеини (разположени са само по вътрешната или външната повърхност на мембраната), интегрална ny (те са здраво вградени в мембраната, потопени в нея, способни да променят позицията си в зависимост от състоянието клетки). Функции на мембранните протеини: рецепторни, структурни(поддържат формата на клетката), ензимни, адхезивни, антигенни, транспортни.
Протеиновите молекули са мозаично вградени в бимолекулен слой от липиди. От външната страна на животинската клетка полизахаридните молекули са прикрепени към липидите и протеиновите молекули на плазмалемата, образувайки гликолипиди и гликопротеини.
Този агрегат образува гликокаликсния слой. Рецепторната функция на плазмената мембрана е свързана с него (виж по-долу); може също така да натрупва различни вещества, използвани от клетката. В допълнение, гликокаликсът повишава механичната стабилност на плазмалемата.
В клетките на растенията и гъбите също има клетъчна стена, която играе поддържаща и защитна роля. При растенията се състои от целулоза, а при гъбите е изграден от хитин.
Структурата на елементарната мембрана е течно-мозаечна: мазнините образуват течнокристална рамка, а протеините са мозаечно вградени в нея и могат да променят позицията си.
Най-важната функция на мембраната: насърчава компартментацията - подразделяне на съдържанието на клетката в отделни клетки, които се различават в детайлите на техния химичен или ензимен състав. Така се постига висока подреденост на вътрешното съдържание на всяка еукариотна клетка. Компартментирането насърчава пространствено разделяне на процесите, протичащи в клеткатаке. Отделно отделение (клетка) е представено от някакъв мембранен органел (например лизозома) или част от него (кристи, ограничени от вътрешната митохондриална мембрана).
Други функции:
1) бариера (ограничаване на вътрешното съдържание на клетката);
2) структурни (придават определена форма на клетките във връзка сотговорност с изпълняваните функции);
3) защитен (поради селективна пропускливост, приеманеи мембранна антигенност);
4) регулаторен (регулиране на селективната пропускливост за различни вещества (пасивен транспорт без консумация на енергия според законите на дифузия или осмоза и активен транспорт с консумация на енергия чрез пиноцитоза, ендо- и екзоцитоза, натриево-калиева помпа, фагоцитоза)). Чрез фагоцитоза се поглъщат цели клетки или големи частици (например, помислете за храненето на амебите или фагоцитозата от защитни кръвни клетки на бактерии). По време на пиноцитоза се абсорбират малки частици или капчици течно вещество. Общото за двата процеса е, че абсорбираните вещества са заобиколени от инвагинираща външна мембрана, за да образуват вакуола, която след това се придвижва дълбоко в цитоплазмата на клетката. Екзоцитозата е процес (както и активен транспорт), противоположен по посока на фагоцитозата и пиноцитозата (фиг. 13). С негова помощ могат да бъдат отстранени остатъците от несмляна храна в протозоите или биологично активни вещества, образувани в секреторната клетка.
5) адхезивна функция (всички клетки са свързани помежду си чрез специфични контакти (стегнати и хлабави));
6) рецептор (поради работата на периферните мембранни протеини). Има неспецифични рецептори, които възприемат няколко стимула (например студени и топлинни терморецептори) и специфични, които възприемат само един стимул (рецептори на системата за възприемане на светлина на окото);
7) електрогенен (промяна в електрическия потенциал на клетъчната повърхност поради преразпределението на калиеви и натриеви йони (мембранният потенциал на нервните клетки е 90 mV));
8) антигенни: свързани с гликопротеини и полизахариди на мембраната. На повърхността на всяка клетка има протеинови молекули, които са специфични само за този тип клетки. С тяхна помощ имунната система е способна да разграничава собствените и чуждите клетки. Метаболизмът между клетката и околната среда се осъществява по различни начини – пасивен и активен.
Цитоплазмената клетъчна мембрана се състои от три слоя:
Външен – протеин;
Среден - бимолекулен слой липиди;
Вътрешен - протеин.
Дебелината на мембраната е 7,5-10 nm. Бимолекулният слой от липиди е матрицата на мембраната. Липидните молекули на двата слоя взаимодействат с потопените в тях протеинови молекули. От 60 до 75% от мембранните липиди са фосфолипиди, 15-30% са холестерол. Протеините са представени главно от гликопротеини. Разграничете интегрални протеини, прониквайки през цялата мембрана, и периференразположени на външната или вътрешната повърхност.
Интегрални протеиниобразуват йонни канали, които осигуряват обмена на определени йони между екстра- и вътреклетъчната течност. Те също са ензими, които извършват противоградиентен транспорт на йони през мембраната.
Периферни протеиниса хеморецептори на външната повърхност на мембраната, които могат да взаимодействат с различни физиологично активни вещества.
Функции на мембраната:
1. Осигурява целостта на клетката като структурна единица на тъканта.
Осъществява обмен на йони между цитоплазмата и извънклетъчната течност.
Осигурява активен транспорт на йони и други вещества в и извън клетката.
Извършва възприемането и обработката на информацията, постъпваща в клетката под формата на химически и електрически сигнали.
Механизми на клетъчна възбудимост. История на изследването на биоелектричните явления.
Повечето информация, предавана в тялото, е под формата на електрически сигнали (например нервни импулси). Наличието на животинско електричество е установено за първи път от естествения учен (физиолог) Л. Галвани през 1786 г. За да изследва атмосферното електричество, той окачи нервно-мускулни препарати от жабешки бутчета на медна кука. Когато тези лапи докоснаха железните парапети на балкона, се получи мускулна контракция. Това показва действието на някакъв вид електричество върху нерва на нервно-мускулното лекарство. Галвани смята, че това се дължи на наличието на електричество в самите живи тъкани. Въпреки това А. Волта установява, че източникът на електричество е мястото на контакт на два различни метала - мед и желязо. Във физиологията Първият класически експеримент на Галванисе счита за докосване на нерва на нервно-мускулния препарат с биметални пинсети от мед и желязо. За да докаже, че е прав, Галвани продуцира втори опит. Той хвърли края на нерва, инервиращ невромускулния препарат, върху разреза на неговия мускул. В резултат на това той беше намален. Този опит обаче не убеди съвременниците на Галвани. Затова друг италианец, Матеучи, извършил следния експеримент. Той наслагва нерва на един нервно-мускулен препарат на жаба върху мускула на втория, който се свива под въздействието на дразнещ ток. В резултат на това първото лекарство също започна да намалява. Това показва прехвърлянето на електричество (потенциал за действие) от един мускул към друг. Наличието на потенциална разлика между увредените и неувредените участъци на мускула е установено за първи път точно през 19 век с помощта на струнен галванометър (амперметър) от Matteuci.Освен това разрезът е с отрицателен заряд и повърхността на мускула има положителен заряд.
Цитоплазмената мембрана, отделяща цитоплазмата от клетъчната стена, се нарича плазмалема (плазмена мембрана), а отделящата я от вакуолата се нарича тонопласт (елементарна мембрана).
Понастоящем те използват модела на течната мозайка на мембраната (фиг. 1.9), според който мембраната се състои от двуслой от липидни молекули (фосфолипиди) с хидрофилни глави и 2 хидрофобни опашки, обърнати към вътрешността на слоя. Освен липиди, мембраните съдържат и протеини.
Има 3 вида мембранни протеини, които „плават“ в билипидния слой: интегрални протеини, които проникват в цялата дебелина на двуслоя; полуинтегрален, непълно проникващ в двуслоя; периферни, прикрепени от външната или вътрешната страна на мембраната към други мембранни протеини. Мембранните протеини изпълняват различни функции: някои от тях са ензими, други действат като носители на специфични молекули през мембраната или образуват хидрофилни пори, през които полярните молекули могат да преминат.
Едно от основните свойства на клетъчните мембрани е тяхната полупропускливост: те пропускат водата, но не пропускат веществата, разтворени в нея, т.е. имат избирателна пропускливост.
Ориз. 1.9. Схема на структурата на биологична мембрана:
А - извънклетъчно пространство; B - цитоплазма; 1 - бимолекулен слой липиди; 2 - периферен протеин; 3 - хидрофилна област на интегралния протеин; 4 - хидрофобна област на интегралния протеин; 5 - въглехидратна верига
Транспорт през мембрани
В зависимост от разхода на енергия транспортът на вещества и йони през мембраната се разделя на пасивен, който не изисква енергия, и активен, свързан с разход на енергия. Пасивният транспорт включва процеси като дифузия, улеснена дифузия и осмоза.
дифузияе процесът на проникване на молекули през липиден двуслой по градиент на концентрация (от зона с по-висока концентрация към област с по-ниска). Колкото по-малка е молекулата и по-неполярна, толкова по-бързо тя дифундира през мембраната.
С улеснена дифузия някои транспортни протеини подпомагат преминаването на веществото през мембраната. Така в клетката навлизат различни полярни молекули, като захари, аминокиселини, нуклеотиди и др.
Осмозае дифузия на вода през полупропускливи мембрани. Осмозата причинява движението на водата от разтвор с висок воден потенциал към разтвор с нисък воден потенциал.
Активен транспорт- това е прехвърлянето на молекули и йони през мембрана, придружено от разходи за енергия. Активният транспорт е срещу градиента на концентрация и електрохимичния градиент и използва енергията на АТФ. Механизмът на активен транспорт на вещества се основава на работата на протонната помпа (Н+ и К+) в растенията и гъбите, които поддържат висока концентрация на К+ и ниска концентрация на Н+ вътре в клетката (Na+ и К+ при животните). Енергията, необходима за работата на тази помпа, се доставя под формата на АТФ, синтезиран по време на клетъчното дишане.
Известен е и друг вид активен транспорт - ендо- и екзоцитоза. Това са 2 активни процеса, чрез които различни молекули се транспортират през мембраната в клетката ( ендоцитоза) или от него ( екзоцитоза).
По време на ендоцитозата веществата навлизат в клетката в резултат на инвагинация (инвагинация) на плазмената мембрана. Получените везикули или вакуоли се транспортират в цитоплазмата заедно със съдържащите се в тях вещества. Абсорбцията на големи частици, като микроорганизми или клетъчни остатъци, се нарича фагоцитоза. В този случай се образуват големи мехурчета, наречени вакуоли. Абсорбцията на течности (суспензии, колоидни разтвори) или разтворени вещества с помощта на малки мехурчета се нарича пиноцитоза.
Обратният процес на ендоцитоза се нарича екзоцитоза. Много вещества се отстраняват от клетката в специални везикули или вакуоли. Пример за това е изтеглянето на техните течни секрети от секреторните клетки; друг пример е участието на диктиозомни везикули в образуването на клетъчната стена.
ПРОИЗВОДНИ НА ПРОТОПЛАСТ
Вакуола
Вакуола- Това е резервоар, ограничен от една мембрана - тонопласт. Вакуолата съдържа клетъчен сок - концентриран разтвор на различни вещества, като минерални соли, захари, пигменти, органични киселини, ензими. В зрелите клетки вакуолите се сливат в една, централна.
Вакуолите съхраняват различни вещества, включително метаболитни крайни продукти. Осмотичните свойства на клетката силно зависят от съдържанието на вакуолата.
Поради факта, че вакуолите съдържат силни разтвори на соли и други вещества, растителните клетки постоянно абсорбират вода осмотично и създават хидростатично налягане върху клетъчната стена, наречено тургорно налягане. Тургорното налягане се противопоставя на равно налягане от клетъчната стена, насочено в клетката. Повечето растителни клетки съществуват в хипотонична среда. Но ако такава клетка се постави в хипертоничен разтвор, водата ще започне да напуска клетката според законите на осмозата (за да се изравни водният потенциал от двете страни на мембраната). Вакуолата ще се свие по обем, нейният натиск върху протопласта ще намалее и мембраната ще започне да се отдалечава от клетъчната стена. Феноменът на отделяне на протопластите от клетъчната стена се нарича плазмолиза. При естествени условия такава загуба на тургор в клетките ще доведе до изсъхване на растението, увисване на листата и стъблата. Този процес обаче е обратим: ако една клетка се постави във вода (например при поливане на растение), възниква явление, което е обратното на плазмолизата - деплазмолиза (виж фиг. 1.10).
Ориз. 1.10. Схема на плазмолиза:
А - клетка в състояние на тургор (в изотоничен разтвор); B - начало на плазмолиза (клетка, поставена в 6% разтвор на KNO3); B - пълна плазмолиза (клетка, поставена в 10% разтвор на KNO3); 1 - хлоропласт; 2 - сърцевина; 3 - клетъчна стена; 4 - протопласт; 5 - централна вакуола
Включвания
Клетъчните включвания са вещества за съхранение и екскреция.
Резервните вещества (временно изключени от метаболизма) и заедно с тях отпадъците (екскреторни вещества) често се наричат ергастични вещества на клетката. Веществата за съхранение включват протеини, мазнини и въглехидрати. Тези вещества се натрупват по време на вегетационния период в семената, плодовете, подземните растителни органи и в сърцевината на стъблото.
Резервни вещества
Протеините за съхранение, свързани с простите протеини - протеини, често се отлагат в семената. Утаените протеини във вакуолите образуват кръгли или елипсовидни зърна, наречени алейрон. Ако алейроновите зърна нямат забележима вътрешна структура и са съставени от аморфен протеин, те се наричат прости. Ако в алейроновите зърна има кристална структура (кристалоид) и лъскави, безцветни тела с кръгла форма (глобоиди) сред аморфния протеин, такива алейронови зърна се наричат сложни (виж фиг. 1.11). Аморфният протеин на алейроновото зърно е хомогенен, непрозрачен, жълтеникав протеин, който набъбва във вода. Кристалоидите имат характерната ромбоедрична форма на кристалите, но за разлика от истинските кристали, техният съставен протеин набъбва във вода. Глобоидите се състоят от калциево-магнезиева сол, съдържат фосфор, неразтворими са във вода и не реагират с протеини.
Ориз. 1.11. Комплексни алейронови зърна:
1 - пори в черупката; 2 - глобоиди; 3 - аморфна протеинова маса; 4 - кристалоиди, потопени в амфорна протеинова маса
Липиди за съхранениеобикновено се намират в хиалоплазмата под формата на капчици и се намират в почти всички растителни клетки. Това е основният вид резервни хранителни вещества в повечето растения: най-богати на тях са семената и плодовете. Мазнините (липидите) са най-калорийното резервно вещество. Реактивът за мастоподобни вещества е Судан III, който ги оцветява в оранжево.
Въглехидративлизат в състава на всяка клетка под формата на водоразтворими захари (глюкоза, фруктоза, захароза) и водонеразтворими полизахариди (целулоза, нишесте). В клетката въглехидратите играят ролята на източник на енергия за метаболитни реакции. Захарите, когато се свързват с други биологични вещества на клетката, образуват гликозиди, а полизахаридите с протеини образуват гликопротеини. Съставът на въглехидратите в растителната клетка е много по-разнообразен, отколкото в животинските клетки, поради разнообразния състав на полизахаридите на клетъчната стена и захарите в клетъчния сок на вакуолите.
Основният и най-често срещан запасен въглехидрат е полизахаридът нишесте. Първичното асимилаторно нишесте се образува в хлоропластите. През нощта, когато фотосинтезата спре, нишестето се хидролизира до захари и се транспортира до тъканите за съхранение - грудки, луковици, коренища. Там в специални видове левкопласти - амилопласти - част от захарите се отлагат под формата на зърна от вторично нишесте. Нишестените зърна се характеризират с наслояване, което се обяснява с различно водно съдържание поради неравномерното подаване на нишесте през деня. В тъмните слоеве има повече вода, отколкото в светлите слоеве. Зърно с един център на образуване на нишесте в центъра на амилопласта се нарича просто концентрично; ако центърът е изместен, то се нарича просто ексцентрично. Зърно с няколко нишестеобразуващи центъра е сложно. В полусъставните зърна нови слоеве се отлагат около няколко нишестеобразуващи центъра, след което се образуват общи слоеве, които покриват нишестеобразуващите центрове (виж фиг. 1.12). Реактивът за нишесте е йоден разтвор, който дава син цвят.
Ориз. 1.12. Зърна от картофено нишесте (A):
1 - просто зърно; 2 - полукомплекс; 3 - комплекс; пшеница (B), овес (C)
Екскреторни вещества (вторични метаболитни продукти)
Клетъчните включвания също включват екскреторни вещества, например кристали на калциев оксалат ( монокристали, рафиди -игловидни кристали, друзи - кристални сраствания, кристален пясък - натрупване на много малки кристали) (виж фиг. 1.13). По-рядко кристалите са съставени от калциев карбонат или силициев диоксид ( цистолити; виж фиг. 1.14). Цистолитите се отлагат върху клетъчната стена, изпъкнали в клетката под формата на чепки грозде и са характерни например за представители на семейство Коприва и листа от фикус.
За разлика от животните, които отделят излишните соли чрез урината, растенията нямат развити отделителни органи. Поради това се смята, че кристалите на калциевия оксалат са крайният продукт на метаболизма на протопластите, образувани като устройство за отстраняване на излишния калций от метаболизма. По правило тези кристали се натрупват в органи, които растението периодично отделя (листа, кора).
Ориз. 1.13. Форми на кристали на калциев оксалат в клетките:
1, 2 - raphida (impatiens; 1 - страничен изглед, 2 - напречно сечение); 3 - друза (бодлива круша); 4 - кристален пясък (картофи); 5 - монокристал (ванилия)
Ориз. 1.14. Цистолит (на напречно сечение на лист от фикус):
1 - листна кожа; 2 - цистолит
Етерични масланатрупват се в листата (мента, лавандула, градински чай), цветовете (шипки), плодовете (цитрусови плодове) и семената на растенията (копър, анасон). Етеричните масла не участват в метаболизма, но се използват широко в парфюмерията (масла от роза, жасмин), хранително-вкусовата промишленост (масла от анасон, копър), медицината (масла от мента, евкалипт). Резервоари за натрупване на етерични масла могат да бъдат жлези (мента), лизигенни контейнери (цитрусови плодове), жлезисти власинки (гераниум).
Смоли- това са сложни съединения, образувани по време на нормалния живот или в резултат на разрушаване на тъканите. Те се образуват от епителните клетки, покриващи смолистите канали като страничен продукт от метаболизма, често с етерични масла. Те могат да се натрупват в клетъчния сок, цитоплазмата под формата на капки или в контейнери. Те са неразтворими във вода, непропускливи за микроорганизми и поради антисептичните си свойства повишават устойчивостта на растенията към болести. Смолите се използват в медицината, както и в производството на бои, лакове и смазочни масла. В съвременната индустрия те се заменят със синтетични материали.
Клетъчна стена
Твърдата клетъчна стена, обграждаща клетката, се състои от целулозни микрофибрили, вградени в матрица, съдържаща хемицелулози и пектинови вещества. Клетъчната стена осигурява механична опора на клетката, защитава протопласта и поддържа формата на клетката. В този случай клетъчната стена е способна да се разтяга. Като продукт на жизнената дейност на протопласта, стената може да расте само в контакт с него. Водата и минералните соли преминават през клетъчната стена, но тя е напълно или частично непропусклива за високомолекулни вещества. Когато протопластът умре, стената може да продължи да изпълнява функцията за провеждане на вода. Наличието на клетъчна стена, повече от всички други характеристики, отличава растителните клетки от животинските клетки. Архитектурата на клетъчната стена до голяма степен се определя от целулозата. Мономерът на целулозата е глюкозата. Снопове от целулозни молекули образуват мицели, които се обединяват в по-големи снопове - микрофибрили. Реактивът за целулоза е хлор-цинк-йод (Cl-Zn-I), който дава синьо-виолетов цвят.
Целулозната рамка на клетъчната стена е изпълнена с нецелулозни матрични молекули. Матрицата съдържа полизахариди, наречени хемицелулози; пектинови вещества (пектин), много близки до хемицелулозите, и гликопротеини. Пектиновите вещества, сливайки се между съседни клетки, образуват средна плоча, която се намира между първичните мембрани на съседните клетки. При разтваряне или разрушаване на средната плоча (което се случва в пулпата на узрелите плодове) настъпва мацерация (от лат. maceratio - омекване). Естествена мацерация може да се наблюдава при много презрели плодове (диня, пъпеш, праскова). Изкуствената мацерация (когато тъканта се третира с основа или киселина) се използва за приготвяне на различни анатомични и хистологични препарати.
Клетъчната стена в процеса на живот може да претърпи различни модификации - лигнификация, суберизация, слуз, кутинизация, минерализация (виж таблица 1.4).
Таблица 1.4.
Свързана информация.
Цитоплазма- задължителна част от клетката, затворена между плазмената мембрана и ядрото; се разделя на хиалоплазма (основното вещество на цитоплазмата), органели (постоянни компоненти на цитоплазмата) и включвания (временни компоненти на цитоплазмата). Химичен състав на цитоплазмата: основата е вода (60-90% от общата маса на цитоплазмата), различни органични и неорганични съединения. Цитоплазмата има алкална реакция. Характерна особеност на цитоплазмата на еукариотната клетка е постоянното движение ( циклоза). Открива се предимно чрез движението на клетъчни органели, като хлоропласти. Ако движението на цитоплазмата спре, клетката умира, тъй като само като е в постоянно движение, тя може да изпълнява функциите си.
Хиалоплазма ( цитозол) е безцветен, лигав, гъст и прозрачен колоиден разтвор. Именно в него протичат всички метаболитни процеси, той осигурява взаимовръзката на ядрото и всички органели. В зависимост от преобладаването на течната част или големите молекули в хиалоплазмата се разграничават две форми на хиалоплазма: сол- по-течна хиалоплазма и гел- по-плътна хиалоплазма. Между тях са възможни взаимни преходи: гелът се превръща в зол и обратно.
Функции на цитоплазмата:
- комбиниране на всички клетъчни компоненти в една система,
- среда за протичане на много биохимични и физиологични процеси,
- среда за съществуване и функциониране на органелите.
Клетъчни мембрани
Клетъчни мембраниограничават еукариотните клетки. Във всяка клетъчна мембрана могат да се разграничат поне два слоя. Вътрешният слой е в съседство с цитоплазмата и е представен от плазмената мембрана(синоними - плазмалема, клетъчна мембрана, цитоплазмена мембрана), върху която се образува външният слой. В животинска клетка тя е тънка и се нарича гликокаликс(образувани от гликопротеини, гликолипиди, липопротеини), в растителна клетка - дебели, т.нар. клетъчна стена(образувани от целулоза).
Всички биологични мембрани имат общи структурни характеристики и свойства. В момента е общоприето флуиден мозаечен модел на мембранна структура. Основата на мембраната е липиден бислой, образуван главно от фосфолипиди. Фосфолипидите са триглицериди, в които един остатък от мастна киселина е заменен с остатък от фосфорна киселина; участъкът от молекулата, съдържащ остатъка от фосфорна киселина, се нарича хидрофилна глава, участъците, съдържащи остатъците от мастна киселина, се наричат хидрофобни опашки. В мембраната фосфолипидите са подредени по строго подреден начин: хидрофобните опашки на молекулите са обърнати една към друга, а хидрофилните глави са обърнати навън, към водата.
В допълнение към липидите, мембраната съдържа протеини (средно ≈ 60%). Те определят повечето от специфичните функции на мембраната (транспорт на определени молекули, катализа на реакциите, приемане и преобразуване на сигнали от околната среда и др.). Има: 1) периферни протеини(разположени на външната или вътрешната повърхност на липидния двоен слой), 2) полуинтегрални протеини(потопен в липидния двоен слой на различна дълбочина), 3) интегрални или трансмембранни протеини(пробиват мембраната, контактувайки както с външната, така и с вътрешната среда на клетката). Интегралните протеини в някои случаи се наричат каналообразуващи или канални протеини, тъй като те могат да се разглеждат като хидрофилни канали, през които полярните молекули преминават в клетката (липидният компонент на мембраната не би ги пропуснал).
А - хидрофилна фосфолипидна глава; B - хидрофобни фосфолипидни опашки; 1 - хидрофобни области на протеини Е и F; 2 — хидрофилни области на протеин F; 3 - разклонена олигозахаридна верига, прикрепена към липид в гликолипидна молекула (гликолипидите са по-рядко срещани от гликопротеините); 4 - разклонена олигозахаридна верига, прикрепена към протеин в гликопротеинова молекула; 5 - хидрофилен канал (функционира като пора, през която могат да преминават йони и някои полярни молекули).
Мембраната може да съдържа въглехидрати (до 10%). Въглехидратният компонент на мембраните е представен от олигозахаридни или полизахаридни вериги, свързани с протеинови молекули (гликопротеини) или липиди (гликолипиди). Въглехидратите са разположени главно на външната повърхност на мембраната. Въглехидратите осигуряват рецепторните функции на мембраната. В животинските клетки гликопротеините образуват надмембранен комплекс, гликокаликс, който е с дебелина няколко десетки нанометра. Той съдържа много клетъчни рецептори и с негова помощ възниква клетъчна адхезия.
Молекулите на протеини, въглехидрати и липиди са подвижни, способни да се движат в равнината на мембраната. Дебелината на плазмената мембрана е приблизително 7,5 nm.
Функции на мембраните
Мембраните изпълняват следните функции:
- отделяне на клетъчното съдържание от външната среда,
- регулиране на метаболизма между клетката и околната среда,
- разделяне на клетката на отделения („отделения“),
- място на локализиране на „ензимни конвейери“,
- осигуряване на комуникация между клетките в тъканите на многоклетъчни организми (адхезия),
- разпознаване на сигнала.
Най-важните мембранно свойство— селективна пропускливост, т.е. мембраните са силно пропускливи за някои вещества или молекули и слабо пропускливи (или напълно непропускливи) за други. Това свойство е в основата на регулаторната функция на мембраните, осигуряващи обмена на вещества между клетката и външната среда. Процесът на преминаване на вещества през клетъчната мембрана се нарича транспорт на вещества. Има: 1) пасивен транспорт- процес на преминаване на вещества без консумация на енергия; 2) активен транспорт- процесът на преминаване на вещества, който се случва с разхода на енергия.
При пасивен транспортвеществата се движат от зона с по-висока концентрация към област с по-ниска, т.е. по концентрационния градиент. Във всеки разтвор има молекули на разтворител и разтворено вещество. Процесът на движение на молекулите на разтвореното вещество се нарича дифузия, а движението на молекулите на разтворителя се нарича осмоза. Ако молекулата е заредена, тогава нейният транспорт също се влияе от електрическия градиент. Затова хората често говорят за електрохимичен градиент, комбинирайки двата градиента заедно. Скоростта на транспортиране зависи от големината на наклона.
Могат да се разграничат следните видове пасивен транспорт: 1) проста дифузия— транспортиране на вещества директно през липидния двоен слой (кислород, въглероден диоксид); 2) дифузия през мембранните канали— транспорт чрез каналообразуващи протеини (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) улеснена дифузия- транспортиране на вещества с помощта на специални транспортни протеини, всеки от които е отговорен за движението на определени молекули или групи от свързани молекули (глюкоза, аминокиселини, нуклеотиди); 4) осмоза— транспорт на водни молекули (във всички биологични системи разтворителят е водата).
Необходимост активен транспортвъзниква, когато е необходимо да се осигури транспортирането на молекули през мембрана срещу електрохимичен градиент. Този транспорт се осъществява от специални протеини-носители, чиято дейност изисква разход на енергия. Източникът на енергия са молекулите на АТФ. Активният транспорт включва: 1) Na + /K + помпа (натриево-калиева помпа), 2) ендоцитоза, 3) екзоцитоза.
Работа на Na + /K + помпа. За нормалното функциониране клетката трябва да поддържа определено съотношение на K + и Na + йони в цитоплазмата и във външната среда. Концентрацията на K + вътре в клетката трябва да бъде значително по-висока, отколкото извън нея, а Na + - обратно. Трябва да се отбележи, че Na + и K + могат да дифундират свободно през порите на мембраната. Помпата Na + /K + противодейства на изравняването на концентрациите на тези йони и активно изпомпва Na + от клетката и K + в клетката. Na + /K + помпата е трансмембранен протеин, способен на конформационни промени, в резултат на което може да прикрепи както K +, така и Na +. Цикълът на помпата Na + /K + може да бъде разделен на следните фази: 1) добавяне на Na + от вътрешността на мембраната, 2) фосфорилиране на протеина на помпата, 3) освобождаване на Na + в извънклетъчното пространство, 4) добавяне на K + от външната страна на мембраната, 5) дефосфорилиране на протеина на помпата, 6) освобождаване на K + във вътреклетъчното пространство. Почти една трета от цялата енергия, необходима за функционирането на клетките, се изразходва за работата на натриево-калиевата помпа. В един цикъл на работа помпата изпомпва 3Na + от клетката и изпомпва 2K +.
Ендоцитоза- процесът на абсорбция на големи частици и макромолекули от клетката. Има два вида ендоцитоза: 1) фагоцитоза- улавяне и абсорбиране на големи частици (клетки, части от клетки, макромолекули) и 2) пиноцитоза— улавяне и абсорбиране на течен материал (разтвор, колоиден разтвор, суспензия). Феноменът на фагоцитозата е открит от I.I. Мечников през 1882 г. По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува инвагинация, краищата й се сливат и структурите, ограничени от цитоплазмата от една мембрана, се вплитат в цитоплазмата. Много протозои и някои левкоцити са способни на фагоцитоза. Пиноцитоза се наблюдава в чревните епителни клетки и в ендотела на кръвоносните капиляри.
Екзоцитоза- процес, обратен на ендоцитозата: отстраняване на различни вещества от клетката. По време на екзоцитозата мембраната на везикула се слива с външната цитоплазмена мембрана, съдържанието на везикула се отстранява извън клетката и нейната мембрана се включва във външната цитоплазмена мембрана. По този начин хормоните се отстраняват от клетките на ендокринните жлези, а при протозоите се отстраняват остатъците от несмляна храна.
Отидете на лекции No5„Клетъчна теория. Видове клетъчна организация"
Отидете на лекции No7„Еукариотна клетка: структура и функции на органелите“
Цитоплазмена мембрана или плазмалема(лат. membrana – кожа, филм) – най-тънкият филм ( 7– 10 nm), който разделя вътрешното съдържание на клетката от околната среда, се вижда само с електронен микроскоп.
от химическа организацияПлазмалемата представлява липопротеинов комплекс – молекули липидиИ протеини.
Основава се на липиден двоен слой, състоящ се от фосфолипиди; в допълнение, гликолипиди и холестерол присъстват в мембраните. Всички те имат свойството да бъдат амфипатрични, т.е. те имат хидрофилни („любящи водата“) и хидрофобни („страхуващи се от вода“) краища. Хидрофилните полярни „глави“ на липидните молекули (фосфатна група) са обърнати навън от мембраната, а хидрофобните неполярни „опашки“ (остатъци от мастни киселини) са обърнати една към друга, което създава биполярен липиден слой. Липидните молекули са подвижни и могат да се движат в своя монослой или, рядко, от един монослой в друг. Липидните монослоеве са асиметрични, т.е. те се различават по липидния състав, което придава специфичност на мембраните дори в рамките на една и съща клетка. Липидният двоен слой може да бъде в течно или твърдо кристално състояние.
Вторият основен компонент на плазмалемата са протеините. Много мембранни протеини могат да се движат в равнината на мембраната или да се въртят около оста си, но не могат да се движат от едната страна на липидния двоен слой към другата.
Липидите осигуряват основните структурни характеристики на мембраната, а протеините осигуряват нейните функции.
Функциите на мембранните протеини са различни: поддържане на структурата на мембраните, получаване и преобразуване на сигнали от околната среда, транспортиране на определени вещества, катализиране на реакции, протичащи върху мембраните.
Има няколко модела на структурата на цитоплазмената мембрана.
①. МОДЕЛ ЗА САНДВИЧ(катерици– липиди– протеини)
IN 1935 ганглийски учени ДаниелиИ Доусънизрази идеята за послойно подреждане в мембраната на протеинови молекули (тъмни слоеве в електронен микроскоп), които лежат отвън, и липидни молекули (светъл слой) отвътре . Дълго време имаше идея за една трислойна структура на всички биологични мембрани.
Подробно изследване на мембраната с помощта на електронен микроскоп показа, че светлинният слой всъщност е представен от два слоя фосфолипиди - това билипиден слой, а неговите водоразтворими участъци са хидрофилни главинасочени към протеиновия слой и неразтворими (остатъци от мастни киселини) - хидрофобни опашкиедин срещу друг.
②. МОДЕЛ ОТ ТЕЧНА МОЗАЙКА
IN 1972 г.певица И Никълсън описва модел на мембрана, който е получил широко признание. Според този модел протеиновите молекули не образуват непрекъснат слой, а са потопени в биполярен липиден слой на различна дълбочина под формата на мозайка. Глобули от протеинови молекули, като айсберги, са потопени в „океана“
липиди: някои са разположени на повърхността на билипидния слой - периферни протеини, други са наполовина потопени в него - полуинтегрални протеини, трето – интегрални протеини– проникват в него наскрізь, образувайки хидрофилни пори. Периферните протеини, разположени на повърхността на билипидния слой, се свързват с главите на липидните молекули чрез електростатични взаимодействия. Но те никога не образуват непрекъснат слой и всъщност не са протеини на самата мембрана, а по-скоро я свързват с надмембранната или подмембранната система на повърхностния апарат на клетката.
Основна роля в организацията на самата мембрана играят интегралните и полуинтегралните (трансмембранни) протеини, които имат глобуларна структура и са свързани с липидната фаза чрез хидрофилно-хидрофобни взаимодействия. Протеиновите молекули, подобно на липидите, са амфипатрични и техните хидрофобни участъци взаимодействат с хидрофобните опашки на билипидния слой, а хидрофилните участъци са обърнати към водната среда и образуват водородни връзки с водата.
③. ПРОТЕИН-КРИСТАЛЕН МОДЕЛ(модел на липопротеинов мат)
Мембраните се образуват чрез преплитане на липидни и протеинови молекули, обединени помежду си на базата на хидрофилни
хидрофобни взаимодействия.
 |
|||
Протеиновите молекули, подобно на карфици, проникват в липидния слой и действат като скеле в мембраната. След третиране на мембраната с мастноразтворими вещества, протеиновата рамка се запазва, което доказва връзката между протеиновите молекули в мембраната. Очевидно този модел се прилага само в определени специални области на някои мембрани, където се изисква твърда структура и тесни стабилни връзки между липидите и протеините (например в областта, където се намира ензимът Na-K –АТФаза).
Най-универсалният модел, който отговаря на термодинамични принципи (принципи на хидрофилно-хидрофобни взаимодействия), морфобиохимични и експериментални
нтално-цитологичните данни са флуидно-мозаечен модел. И трите модела мембрани обаче не се изключват взаимно и могат да бъдат намерени в различни области на една и съща мембрана в зависимост от функционалните характеристики на тази област.
МЕМБРАННИ СВОЙСТВА
1. Способност за самосглобяване.След разрушителни влияния, мембраната е в състояние да възстанови структурата си, т.к Липидните молекули, въз основа на техните физикохимични свойства, се сглобяват в биполярен слой, в който след това се вграждат протеинови молекули.
2. Течливост.Мембраната не е твърда структура, повечето протеини и липиди, включени в нейния състав, могат да се движат в равнината на мембраната, те постоянно се колебаят поради ротационни и осцилаторни движения. Това определя високата скорост на химичните реакции върху мембраната.
3. Полупропускливост. Мембраните на живите клетки позволяват освен водата да преминават само определени молекули и йони на разтворени вещества. Това гарантира поддържането на йонния и молекулярния състав на клетката.
4. Мембраната няма свободни краища. Винаги се затваря в мехурчета.
5. Асиметрия. Съставът на външния и вътрешния слой както на протеините, така и на липидите е различен.
6. Полярност. Външната страна на мембраната носи положителен заряд, а вътрешната страна носи отрицателен заряд.
МЕМБРАННИ ФУНКЦИИ
1) Бариера –Плазмалема ограничава цитоплазмата и ядрото от външната среда. В допълнение, мембраната разделя вътрешното съдържание на клетката на отделения, в които често протичат противоположни биохимични реакции.
2) Рецептор(сигнал) - поради важното свойство на протеиновите молекули - денатурация, мембраната е в състояние да открива различни промени в околната среда. По този начин, когато клетъчната мембрана е изложена на различни фактори на околната среда (физични, химични, биологични), протеините, включени в нейния състав, променят своята пространствена конфигурация, което служи като вид сигнал за клетката.
Това осигурява комуникация с външната среда, разпознаване на клетките и тяхната ориентация по време на образуване на тъкани и др. Тази функция е свързана с дейността на различни регулаторни системи и формирането на имунен отговор.
3) Размяна– мембраната съдържа не само структурни протеини, които я образуват, но и ензимни протеини, които са биологични катализатори. Те са разположени върху мембраната под формата на "каталитичен конвейер" и определят интензивността и посоката на метаболитните реакции.
4) транспорт– могат да проникнат молекули на вещества, чийто диаметър не надвишава 50 nm пасивен и активентранспорт през порите в структурата на мембраната. Големите вещества навлизат в клетката чрез ендоцитоза(транспорт в мембранна опаковка), което изисква енергия. Неговите разновидности са фаго- и пиноцитоза.
Пасивен транспорт - вид транспорт, при който преносът на вещества се извършва по градиент на химична или електрохимична концентрация без разход на енергия от АТФ. Има два вида пасивен транспорт: проста и улеснена дифузия. дифузия– е пренасянето на йони или молекули от зона с по-висока концентрация в зона с по-ниска концентрация, т.е. по градиент.
Проста дифузия– солните йони и водата проникват през трансмембранни протеини или мастноразтворими вещества по концентрационен градиент.
Улеснена дифузия– специфични протеини-носители свързват субстанцията и я транспортират през мембраната на принципа на “пинг-понг”. По този начин захарите и аминокиселините преминават през мембраната. Скоростта на такъв транспорт е много по-висока от обикновената дифузия. В допълнение към протеините-носители, някои антибиотици участват в улеснената дифузия, например грамитидин и ваномицин.
Тъй като осигуряват транспорт на йони, те се наричат йонофори.
Активен транспортът е вид транспорт, при който се консумира енергия от АТФ; той върви срещу градиента на концентрация. В него участват ензими ATPase. Външната клетъчна мембрана съдържа АТФази, които транспортират йони срещу концентрационен градиент, явление, наречено йонна помпа. Пример е натриево-калиевата помпа. Обикновено в клетката има повече калиеви йони, а във външната среда - натриеви. Следователно, според законите на простата дифузия, калият се стреми да напусне клетката, а натрият се влива в клетката. Обратно, натриево-калиевата помпа изпомпва калиеви йони в клетката срещу градиента на концентрация и пренася натриеви йони във външната среда. Това ви позволява да поддържате постоянството на йонния състав в клетката и нейната жизнеспособност. В животинска клетка една трета от АТФ се използва за работата на натриево-калиевата помпа.
Вид активен транспорт е мембранно опакован транспорт - ендоцитоза. Големите молекули на биополимерите не могат да проникнат през мембраната, те влизат в клетката в мембранна опаковка. Има фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитоза– улавяне на твърди частици от клетката, пиноцитоза– течни частици. Тези процеси включват етапи:
1) разпознаване на веществото от мембранни рецептори; 2) инвагинация (инвагинация) на мембраната с образуване на везикула (везикула); 3) отделяне на везикула от мембраната, нейното сливане с първичната лизозома и възстановяване на целостта на мембраната; 4) освобождаване на неразграден материал от клетката (екзоцитоза).
Ендоцитозата е метод за хранене на протозоите. Бозайниците и хората имат ретикуло-хистио-ендотелна система от клетки, способни на ендоцитоза - това са левкоцити, макрофаги, клетки на Купфер в черния дроб.
ОСМОТИЧНИ СВОЙСТВА НА КЛЕТКИТЕ
Осмоза– еднопосочен процес на проникване на вода през полупропусклива мембрана от зона с по-ниска концентрация на разтвор към област с по-висока концентрация. Осмозата определя осмотичното налягане.
Диализа– еднопосочна дифузия на разтворените вещества.
Нарича се разтвор, в който осмотичното налягане е същото като в клетките изотоничен.Когато една клетка се потопи в изотоничен разтвор, нейният обем не се променя. Изотоничен разтвор се нарича физиологичене 0,9% разтвор на натриев хлорид, който се използва широко в медицината при тежка дехидратация и загуба на кръвна плазма.
Нарича се разтвор, чието осмотично налягане е по-високо от това в клетките хипертоник.
Клетките в хипертоничен разтвор губят вода и се свиват. Хипертоничните разтвори се използват широко в медицината. Марля, напоена с хипертоничен разтвор, абсорбира добре гнойта.
Нарича се разтвор, в който концентрацията на сол е по-ниска, отколкото в клетката хипотоничен. Когато една клетка се потопи в такъв разтвор, в нея нахлува вода. Клетката набъбва, нейният тургор се повишава и може да колабира. Хемолиза– разрушаване на кръвни клетки в хипотоничен разтвор.
Осмотичното налягане в човешкото тяло като цяло се регулира от системата на отделителните органи.
Предишен123456789Следващ
ВИЖ ПОВЕЧЕ:
Клетъчната мембрананаричана още плазмена (или цитоплазмена) мембрана и плазмалема. Тази структура не само отделя вътрешното съдържание на клетката от външната среда, но също така е част от повечето клетъчни органели и ядрото, като на свой ред ги отделя от хиалоплазмата (цитозола) - вискозно-течната част на цитоплазмата. Да се съгласим да се обадим цитоплазмена мембранатази, която отделя съдържанието на клетката от външната среда. Останалите термини означават всички мембрани.
Структура на клетъчната мембрана
Структурата на клетъчната (биологична) мембрана се основава на двоен слой липиди (мазнини). Образуването на такъв слой е свързано с характеристиките на техните молекули. Липидите не се разтварят във вода, а кондензират в нея по свой начин. Една част от една липидна молекула е полярна глава (тя е привлечена от вода, т.е. хидрофилна), а другата е двойка дълги неполярни опашки (тази част от молекулата се отблъсква от водата, т.е. хидрофобна). Тази структура на молекулите ги кара да „скрият“ опашките си от водата и да обърнат полярните си глави към водата.
Резултатът е липиден двоен слой, в който неполярните опашки са навътре (една срещу друга), а полярните глави са навън (към външната среда и цитоплазмата). Повърхността на такава мембрана е хидрофилна, но вътре е хидрофобна.
В клетъчните мембрани сред липидите преобладават фосфолипидите (принадлежат към комплексните липиди). Главите им съдържат остатък от фосфорна киселина. В допълнение към фосфолипидите има гликолипиди (липиди + въглехидрати) и холестерол (свързан със стеролите). Последният придава твърдост на мембраната, като се намира в нейната дебелина между опашките на останалите липиди (холестеролът е напълно хидрофобен).
Поради електростатично взаимодействие, някои протеинови молекули се прикрепват към заредените липидни глави, които се превръщат в повърхностни мембранни протеини. Други протеини взаимодействат с неполярни опашки, частично са заровени в двойния слой или проникват през него.
По този начин клетъчната мембрана се състои от двуслой от липиди, повърхностни (периферни), вградени (полуинтегрални) и проникващи (интегрални) протеини. В допълнение, някои протеини и липиди от външната страна на мембраната са свързани с въглехидратни вериги.
Това флуиден мозаечен модел на мембранна структурае представена през 70-те години на ХХ век. Преди това беше приет сандвич модел на структура, според който липидният двоен слой е разположен вътре, а отвътре и отвън мембраната е покрита с непрекъснати слоеве повърхностни протеини. Натрупването на експериментални данни обаче опроверга тази хипотеза.
Дебелината на мембраните в различните клетки е около 8 nm. Мембраните (дори различните страни на едната) се различават една от друга по процентно съдържание на различни видове липиди, протеини, ензимна активност и т.н. Някои мембрани са по-течни и по-пропускливи, други са по-плътни.
Разкъсванията на клетъчната мембрана лесно се сливат поради физикохимичните свойства на липидния двоен слой. В равнината на мембраната липидите и протеините (освен ако не са закотвени от цитоскелета) се движат.
Функции на клетъчната мембрана
Повечето протеини, потопени в клетъчната мембрана, изпълняват ензимна функция (те са ензими). Често (особено в мембраните на клетъчните органели) ензимите са разположени в определена последователност, така че реакционните продукти, катализирани от един ензим, преминават към втория, след това към третия и т.н. Образува се конвейер, който стабилизира повърхностните протеини, тъй като те не позволяват на ензимите да плават по липидния двоен слой.
Клетъчната мембрана изпълнява ограничителна (бариерна) функция от околната среда и същевременно транспортни функции. Можем да кажем, че това е най-важното му предназначение. Цитоплазмената мембрана, притежаваща сила и селективна пропускливост, поддържа постоянството на вътрешния състав на клетката (нейната хомеостаза и цялост).
В този случай транспортирането на вещества се извършва по различни начини. Транспортът по концентрационен градиент включва движението на вещества от област с по-висока концентрация към област с по-ниска (дифузия). Например газовете (CO 2 , O 2 ) дифундират.
Има и транспорт срещу концентрационен градиент, но с консумация на енергия.
Транспортът може да бъде пасивен и лек (когато се подпомага от някакъв вид превозвач)
Да се). За мастноразтворимите вещества е възможна пасивна дифузия през клетъчната мембрана.
Има специални протеини, които правят мембраните пропускливи за захари и други водоразтворими вещества. Такива носители се свързват с транспортираните молекули и ги издърпват през мембраната.
3. Функции и структура на цитоплазмената мембрана
Ето как глюкозата се транспортира вътре в червените кръвни клетки.
Threading протеините се комбинират, за да образуват пори за движението на определени вещества през мембраната. Такива носители не се движат, а образуват канал в мембраната и работят подобно на ензимите, свързвайки определено вещество. Трансферът възниква поради промяна в конформацията на протеина, което води до образуването на канали в мембраната. Пример е натриево-калиевата помпа.
Транспортната функция на еукариотната клетъчна мембрана също се осъществява чрез ендоцитоза (и екзоцитоза).Благодарение на тези механизми в клетката (и извън нея) влизат големи молекули биополимери, дори цели клетки. Ендо- и екзоцитозата не са характерни за всички еукариотни клетки (прокариотите изобщо я нямат). Така ендоцитоза се наблюдава при протозои и низши безгръбначни; при бозайниците левкоцитите и макрофагите абсорбират вредни вещества и бактерии, т.е. ендоцитозата изпълнява защитна функция за тялото.
Ендоцитозата се разделя на фагоцитоза(цитоплазмата обгръща големи частици) и пиноцитоза(улавяне на капчици течност с разтворени в нея вещества). Механизмът на тези процеси е приблизително еднакъв. Абсорбираните вещества на повърхността на клетките са заобиколени от мембрана. Образува се везикула (фагоцитна или пиноцитна), която след това се премества в клетката.
Екзоцитозата е отстраняването на вещества от клетката (хормони, полизахариди, протеини, мазнини и др.) от цитоплазмената мембрана. Тези вещества се съдържат в мембранни везикули, които пасват на клетъчната мембрана. И двете мембрани се сливат и съдържанието се появява извън клетката.
Цитоплазмената мембрана изпълнява рецепторна функция.За целта от външната му страна са разположени структури, които могат да разпознаят химичен или физически стимул. Някои от протеините, които проникват в плазмалемата, са свързани отвън с полизахаридни вериги (образуващи гликопротеини). Това са специфични молекулярни рецептори, които улавят хормоните. Когато определен хормон се свърже с неговия рецептор, той променя структурата си. Това от своя страна задейства механизма на клетъчния отговор. В този случай каналите могат да се отворят и някои вещества могат да започнат да влизат или излизат от клетката.
Рецепторната функция на клетъчните мембрани е добре проучена въз основа на действието на хормона инсулин. Когато инсулинът се свърже със своя гликопротеинов рецептор, каталитичната вътреклетъчна част на този протеин (ензимът аденилат циклаза) се активира. Ензимът синтезира цикличен АМФ от АТФ. Вече активира или потиска различни ензими на клетъчния метаболизъм.
Рецепторната функция на цитоплазмената мембрана включва и разпознаване на съседни клетки от същия тип. Такива клетки са прикрепени една към друга чрез различни междуклетъчни контакти.
В тъканите, с помощта на междуклетъчни контакти, клетките могат да обменят информация помежду си, като използват специално синтезирани нискомолекулни вещества. Един пример за такова взаимодействие е контактното инхибиране, когато клетките спират да растат след получаване на информация, че свободното пространство е заето.
Междуклетъчните контакти могат да бъдат прости (мембраните на различни клетки са съседни една на друга), заключващи (инвагинации на мембраната на една клетка в друга), десмозоми (когато мембраните са свързани чрез снопове от напречни влакна, които проникват в цитоплазмата). В допълнение, има вариант на междуклетъчни контакти, дължащи се на медиатори (посредници) - синапси. При тях сигналът се предава не само химически, но и електрически. Синапсите предават сигнали между нервните клетки, както и от нервните към мускулните клетки.
Клетъчна теория
През 1665 г. Р. Хук, изследвайки секция от дървен корк под микроскоп, открива празни клетки, които той нарича "клетки". Той вижда само мембраните на растителните клетки и дълго време мембраната се смята за основния структурен компонент на клетката. През 1825 г. J. Purkynė описва протоплазмата на клетките, а през 1831 г. R. Brown описва ядрото. През 1837 г. М. Шлейден стига до извода, че растителните организми се състоят от клетки и всяка клетка съдържа ядро.
1.1. Използвайки натрупаните до този момент данни, Т.
Цитоплазмената мембрана, нейните функции и структура
Шван през 1839 г. формулира основните положения на клетъчната теория:
1) клетката е основната структурна единица на растенията и животните;
2) процесът на образуване на клетки определя растежа, развитието и диференциацията на организмите.
През 1858 г. Р. Вирхов, основателят на патологичната анатомия, допълва клетъчната теория с важното положение, че клетката може да произлезе само от клетка (Omnis cellula e cellula) в резултат на нейното делене. Той установи, че всички болести се основават на промени в структурата и функцията на клетките.
1.2. Съвременната клетъчна теория включва следните разпоредби:
1) клетка - основната структурна, функционална и генетична единица на живите организми, най-малката единица на живо същество;
2) клетките на всички едноклетъчни и многоклетъчни организми са сходни по структура, химичен състав и най-важните прояви на жизнените процеси;
3) всяка нова клетка се образува в резултат на делене на първоначалната (майчината) клетка;
4) клетките на многоклетъчните организми са специализирани: те изпълняват различни функции и образуват тъкани;
5) клетката е отворена система, през която преминават и се трансформират потоци от материя, енергия и информация
Устройство и функции на цитоплазмената мембрана
Клетката е отворена, саморегулираща се система, през която има постоянен поток от материя, енергия и информация. Тези потоци се приемат специален апаратклетки, които включват:
1) надмембранен компонент - гликокаликс;
2) елементарна биологична мембрана или техен комплекс;
3) субмембранен опорно-контрактилен комплекс от хиалоплазма;
4) анаболни и катаболни системи.
Основният компонент на това устройство е елементарна мембрана.
Клетката съдържа различни видове мембрани, но принципът на тяхната структура е един и същ -
През 1972 г. S. Singer и G. Nicholson предлагат течно-мозаечен модел на структурата на елементарна мембрана. Според този модел той също се основава на билипиден слой, но протеините са разположени различно по отношение на този слой. Някои протеинови молекули лежат на повърхността на липидните слоеве (периферни протеини), някои проникват в един слой липиди (полуинтегрални протеини), а някои проникват и в двата слоя липиди (интегрални протеини). Липидният слой е в течна фаза ("липидно море"). На външната повърхност на мембраните има рецепторен апарат - гликокаликс, образуван от разклонени молекули на гликопротеини, който "разпознава" определени вещества и структури.
2.3. Свойства на мембраните: 1) пластичност, 2) полупропускливост, 3) способност за самозатваряне.
2.4. Функции на мембраните: 1) структурни - мембраната като структурен компонент е част от повечето органели (мембранният принцип на структурата на органелите); 2) бариера и регулатор - поддържа постоянството на химичния състав и регулира всички метаболитни процеси (метаболитните реакции протичат върху мембраните); 3) защитно; 4) рецептор.
