Будова біологічних мембран

Будова біологічних мембран

Однією з основних особливостей усіх еукаріотичних клітин є різноманітність і складність будови внутрішніх мембран. Мембрани відмежовують цитоплазму від довкілля, а також формують оболонки ядер, мітохондрій і пластид. Вони утворюють лабіринт ендр-плазматичного ретикулума і сплощених бульбашок у вигляді стопки, що становлять комплекс Гольджи.

Мембрани утворюють лізосоми, великі і дрібні вакуолі рослинних і грибних клітин, пульсуючі вакуолі простих. Усі ці структури складають з себе відсіки, призначені для тих або інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливе.

Діти, подивіться на малюнок 1, щоб збагнути, де знаходиться мембрана.

Мал. 1 Клітинна мембрана

Плазматична мембрана, або плазмалема, - найбільш постійна, основна, універсальна для усіх клітин мембрана. Вона є найтоншою (близько 10 нм) плівкою, що покриває усю клітину. Плазмалема складається з молекул білків і фосфоліпідів. Учні, подивіться уважно на малюнок 2. Так виглядає структура плазма леми.

Мал. 2 Структура плазматичної мембрани

Молекули фосфоліпідів розташовані в два ряди - гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними голівками до внутрішнього і зовнішнього водного середовища. В окремих місцях біслой (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки). Усередині таких білкових молекул є канали - пори, через які проходять водорозчинні речовини. Друзі, подивімося на малюнок 3, щоб зрозуміти, як виглядають ліпіди.

Мал. 3 Мембранні ліпіди

Інші білкові молекули пронизують біслой ліпідів наполовину з однією або з іншого боку (напівінтегральні білки). На поверхні мембран еукаріотичних клітин є періферичні білки.

 









Мал. 4 Мембранні білки

Молекули ліпідів і білків утримуються завдяки гідрофільно-гідрофобним взаємодіям. Діти, подивімося на малюнок 4, щоб зрозуміти, як виглядають білки.

До складу плазматичної мембрани еукаріотичних клітин входять також полісахариди. Їх короткі, сильно розгалужені молекули пов'язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). Зміст полісахаридів в мембранах складає 2-10% по масі. Полісахаридний шар завтовшки 10-20 нм, що покриває згори плазмалему тваринних клітин, дістав назву глікокаликс.

Давайте ми з вами подивимось наступне відео 1 «Клітинна мембрана»



Відео 1 «Клітинна мембрана»

Контролюючий блок№1

1)    Для чого необхідна мембрана в клітині?
2)    Яку найбільш універсальна мембрану ви знаєте?
3)  Коротко опишіть будову мембрани.

Властивості та функції мембран

Усі клітинні мембрани є рухливими текучими структурами, оскільки молекули ліпідів і білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками і здатні досить швидко переміщатися в площини мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, тобто мають плинність. Подивіться, діти, на малюнок 5. Що ви бачите?

Мал. 5 Клітинна мембрана


Мембрани - структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після ушкодження, а також розтягуються і стискуються при клітинних рухах.

Мембрани різних типів клітин істотно розрізняються як по хімічному складу, так і за відносним змістом в них білків, глікопротеїнів, ліпідів, а отже, і по характеру наявних в них рецепторів. Кожен тип клітин тому характеризується індивідуальністю, яка визначається в основному глікопротеїнами. Розгалужені ланцюги глікопротеїнів, виступаючі з клітинної мембрани, беруть участь в розпізнанні чинників зовнішнього середовища, а також у взаємному пізнаванні споріднених клітин.

Мал. 6 Проникнення речовин через мембрану.


З розпізнаванням пов'язана і регуляція транспорту молекул і іонів через мембрану, а також імунологічна відповідь, в якій глікопротеїни грають роль антигенів. У мембранах містяться також специфічні рецептори, переносники електронів, перетворювачі енергії, ферментні білки. Білки беруть участь в забезпеченні транспорту певних молекул всередину клітини або з неї, здійснюють структурний зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або ж служать в якості рецепторів для отримання і перетворення хімічних сигналів з оточуючої середи.

Найважливішою властивістю мембрани є також виборча проникність. Це означає, що молекули та іони проходять через неї з різною швидкістю, і чим більше розмір молекул, тим менше швидкість проходження їх через мембрану. Ця властивість визначає плазматичну мембрану як осмотичний бар'єр. Діти, подивіться на малюнок 6 та 7, щоб зрозуміти, процес проникнення (дифузії).

Мал. 7 Дифузія

Максимальну проникаючу здатність має вода і розчинені в ній гази; значно повільніше проходять крізь мембрану іони. Дифузія води через мембрану називається осмосом.  Давайте роздивимося цей процес на відео. 

Відео 2 «Проникнення води через мембрану»
 
Існує декілька механізмів транспорту речовин через мембрану.

Дифузія - проникнення речовин через мембрану по градієнту концентрації (з області, де їх концентрація вища, в область, де їх концентрація нижче). Дифузний транспорт речовин (води, іонів) здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори, або за участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин).
При полегшеній дифузії спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язу

Активний транспорт зв'язаний з витратами енергії і служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації. Він здійснюється спеціальними білками-переносниками, що утворюють так звані іонні насоси. Найбільш вивченим є Na-/ К- -насос в клітинах тварин, таких, що активно викачують іони Na назовні, поглинаючи при цьому іони К. Завдяки цьому в клітині підтримується велика концентрація К і менша Na в порівнянні з довкіллям. На цей процес витрачається енергія АТФ. Учні, давайте розглянемо малюнок 7. Який процес там зображений?

Мал. 8 Калій-натрієвий насос

В результаті активного транспорту за допомогою мембранного насоса в клітині відбувається також регуляція концентрації Mg2 -и Са2 . В процесі активного транспорту іонів в клітину через цитоплазматичну мембрану проникають різні цукри, нуклеотиди, амінокислоти.
Макромолекули білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпопротеїдні комплекси та ін. Діти, давайте подивимося наступне відео.

Відео 3 «Калій-натрієвий насос» 

Транспорт макромолекул, їх комплексів і часток всередину клітини відбувається абсолютно іншим шляхом - за допомогою ендоцитоза. При ендоцитозі певна ділянка плазмалеми захоплює і як би обволікає позаклітинний матеріал, укладаючи його в мембранну вакуоль, що виникла внаслідок вп`ячування мембрани. Надалі така вакуоль з'єднується з лізосомою, ферменти якої розщеплюють макромолекули до мономерів.
Процес, зворотний ендоцитозу, - екзоцитоз. Завдяки йому клітина виводить внутрішньоклітинні продукти або неперетравлені залишки, що знаходяться у вакуолі або бульбашки. Бульбашка підходить до цитоплазматичної мембрани, зливається з нею, а його вміст виділяється в довкілля. Так виводяться травні ферменти, гормони, гемицеллюлоза та ін.

Функції біологічних мембран наступні:
1. Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища і вміст органел від цитоплазми.
2. Забезпечують транспорт речовин в клітину і з неї, з цитоплазми в органели і навпаки.
3. Виконують роль рецепторів (отримання і перетворення сигналів з довкілля, пізнавання речовин клітин і т. д.).
4. Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
5. Беруть участь в перетворенні енергії.
Давайте схематично розглянемо функції мембран на відео.

Відео 4  «Функції мембран»

Контролюючий блок№2

1)    Які основні властивості клітинних мембран ви знаєте?
2)    Що таке ендо- та екзоцитоз?
3)    Які функції мають мембрани в клітині?