1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Плазматична мембрана — хімічний склад, будова, властивості

Плазматична мембрана — хімічний склад, будова, властивості

Більшість живих організмів на планеті складається з клітин. Кожна клітина має кілька частин, включень, стінок. Однак найбільш важливе значення має плазматична мембрана.

Її також називають клітинної або цитоплазматичної, цитолемою або плазмалемою. Для того щоб зрозуміти її необхідність, варто вивчити хімічний склад і основні функції.

Історія вивчення

Вперше будова і функції плазматичної мембрани почали вивчати в 1925 році. Тоді фахівці змогли вперше виділити оболонки еритроцитів. Вони назвали їх “тіні”, вирахували загальну площу. Після цього вчені за допомогою ацетону виділили всі жири (ліпіди). Це було необхідно для визначення їх кількості на кожну одиницю площі еритроцитів. Висновок, зроблений після досліджень і експериментів, був правильним, але вчені допустили кілька грубих помилок:

ацетон не допомагає виділити абсолютно всі жири з цитоплазматичної мембрани;
площа цитолеми була визначена неправильно, оскільки мембрани були сухими.

Попри ці порушення, випадковим чином результат виявився вірним, що дозволило відкрити подвійний шар або біслой. Далі дослідження фахівців продовжилися. Вони звернули увагу на натяг виділених плівок. Мембрани не могли бути такими жорсткими, тому з’явилася теорія, що вони містять білки, що дозволяють зберігати пружність і еластичність. У 1935 році американські вчені прийшли до висновку, що схема будови плазматичної мембрани нагадує сандвіч, тобто є ліпідний бішар, з двох сторін оточений білковими прошарками.

У 1950-х роках теорія була підтверджена під час перших мікроскопічних досліджень. У 1960 році Дж. Робертсон сформулював теорію будови біологічної мембрани, яка стверджувала, що всі оболонки в клітинах складаються з трьох шарів. Однак теорія сандвіча або бутерброда була спростована, оскільки з’явилися інші факти.

Першим з них стали відомості про глобулярності мембрани. Крім цього, фахівці визначили, що під час мікроскопічного дослідження структура плівки багато в чому залежить від способу її фіксації. Наступним відкриттям, що спростовує теорію сандвіча, було вивчення сперматозоїда, під час якого з’явилося підтвердження, що навіть в одній клітині структура мембрани на різних ділянках відрізняється.

Останнім спростуванням стало виявлення білків безпосередньо всередині мембрани, тоді як теорія бутерброда припускала їх знаходження за її межами. Подібні висновки в 1972 році використовував Сінгер і Ніколсон, створюючи мозаїчну модель будови цитолеми. На ній було чітко видно, що всередині плівки є велика кількість білків, але молекули зустрічаються і за межами бішару.

Хімічний склад

Плазмалема або клітинна мембрана являє собою молекулярну еластичну структуру, що складається з великої кількості ліпідів, а також білків. Вона дозволяє відокремити клітину від інших рідин в організмі, запобігти її пошкодження, бере участь в метаболічних процесах. Крім цього, цитолема допомагає розділити камери клітини для забезпечення її нормального функціонування.

Хімічний склад плазматичною мембрани в основному представлений фосфоліпідами, але присутні і інші молекули. Цей вид ліпідів відноситься до складних, тому фахівці довгий час не могли точно визначити склад цитолеми. Кожен фосфоліпід має гідрофільну частину і гідрофобну. Перша являє собою голову молекули і звернена назовні, друга-хвіст і звернена всередину.

У більшості живих організмів на планеті хімічний склад мембрани дуже схожий, як і її структура. Однак існують винятки. У деяких організмів вона утворена гліцерином і іншими спиртами. Білки всередині біологічної оболонки можуть бути різними. Найбільш часто зустрічаються такі:

Інтегральні протеїни пронизують плівку наскрізь, тому можуть бути всередині і зовні клітини. Їх кількість у складі найбільша.

Напівінтегральні білки можуть бути занурені однією частиною в зовнішній або внутрішній шар, виконують функцію з’єднання мембрани з цитоскелетом.

Поверхневі розташовуються на плівці або її внутрішньому шарі, не занурюються в нього.
Найбільш важливими вважаються інтегральні, адже вони можуть виконувати роль транспортних включень і рецепторів. Іноді такі протеїни виступають в ролі іонних каналів, підтримують сталість зовнішнього і внутрішнього середовища.

У перші роки вивчення цитолеми фахівці не поділяли протеїни на різні групи, вважаючи їх однаково необхідними і виконують одні й ті ж функції. Однак сьогодні, завдяки розвитку технологій і появи сучасних мікроскопів, можна з упевненістю сказати, що будова мембрани досить складне, навіть у простих рослинних клітин.

Основні функції

Основною властивістю плазматичної мембрани є елементарне підтримання сталості внутрішнього середовища клітини і забезпечення її безперебійного функціонування. Крім цього, вона виконує і інші функції:

  • Бар’єрний. Забезпечує активні обмінні процеси і безпечне контактування із зовнішнім середовищем. Деякі оболонки захищають клітину від небезпечних компонентів, які можуть її пошкодити або знищити. Додатково бар’єр забезпечує виборчу проникність, тобто потрапляння за плівку будь-яких атомів буде залежати від їх розміру і товщини цитолеми. Завдяки цьому, можливе збереження цілісності зовнішньої тканини, поверхні самої плівки.
  • Транспортний. Має важливе значення, адже завдяки їй здійснюється транспорт різних речовин в клітину і виділяються продукти розпаду з неї. Крім цього, здатність переносити конкретні компоненти здійснює підтримку оптимального кислотно-лужної рівноваги, а також іонного складу. Останнє важливо для обробки деяких ферментів. Транспорт може бути пасивним і активним. Перший не вимагає витрат енергії, відбувається повільно, другий супроводжується значними енергетичними втратами, але протікає швидко.
  • Енергетичний. Також відіграє важливу роль. Структурні особливості клітини не мають значення, оскільки в кожній плазмалемме є білки, що відповідають за перенесення енергії і входять до складу спеціальних систем для забезпечення цього процесу. При зниженні їх концентрації відбувається порушення метаболізму, що провокує інші негативні зміни.
  • Рецепторний. Багато в чому залежить від кількості інтегральних білків в оболонці. Якщо їх недостатньо, клітина не в змозі сприймати сигнали, втрачається здатність впізнавання того чи іншого імпульсу, а також головна особливість — реакція, що виникає у відповідь на зміни на поверхні мембрани.

На відміну від інших здібностей оболонки, рецепторна грає визначальну роль. Багато гормони, що циркулюють в крові людини, тварини та інших організмів, здатні впливати тільки на ті частинки, в яких є спеціальні білки, що виконують рецепторну функцію. Якщо в плазмолемме їх немає, всі процеси порушуються. Додатково такі протеїни можуть брати участь в проведенні нервового імпульсу, зв’язуючись з нейромедіаторами.

Крім основних функцій цитоплазматичної мембрани, є додаткові, які вивчені не так докладно, але грають важливу роль. Матрична забезпечує взаємодію всіх протеїнів для більш ефективного метаболізму в клітині і оболонці. Це дозволяє побудувати нову плівку в разі її пошкодження.

Функція цитоплазматичної мембрани

Механічна функція також важлива. Вона дозволяє забезпечити автономність клітини і всіх її структур різного типу, підтримати зв’язок між різними одиницями тканин і запобігти їх розрив. Клітинні стінки відіграють визначальну роль у забезпеченні механічного захисту. У тварин цю роботу виконує міжклітинна речовина.

Ферментативна функція здійснюється не в кожній цитолемме, оскільки деякі клітини позбавлені спеціальних речовин. Однак в епітеліальних одиницях тонкого кишечника людини та інших ссавців міститься досить велика кількість травних ферментів, які беруть безпосередню участь в процесі переробки їжі.

Генерація і проведення потенціалів відіграє важливу роль. Завдяки наявності цитолемми, в клітці постійно підтримується певна кількість іонів калію і натрію. Перших в клітці набагато більше, ніж зовні, других більше за межами одиниці і менше всередині. Якщо вивчити характеристику цих іонів в порівняльній таблиці, можна побачити, що вони виконують найважливіші функції, а при зміні концентрації спостерігається розлад метаболічних процесів.

Маркування клітини

Маркування клітини також здійснюється за участю цитоплазматичної мембрани. На кожній з них під час мікроскопічного дослідження можна побачити антигени, що виконують роль ярликів або антен. Завдяки цьому, клітини з однаковою маркуванням можуть впізнавати один одного і діяти спільно при виникненні такої необхідності. Саме антени дозволяють клітинам імунної системи розпізнавати чужорідні антигени і діяти проти них для забезпечення захисту організму.

Завдяки додатковим можливостям плазмолеми, можливе існування всіх клітин всередині одного організму і їх постійна взаємодія.

Структура цитолеми

Майже всі клітинні оболонки складаються з жирів декількох класів. Найчастіше зустрічається холестерол, Гліко – і фосфоліпіди. Останні складаються не тільки з ліпідів, але також мають вуглеводне включення у вигляді «хвоста». Холестерол виконує роль твердого жиру, оскільки надає мембрані жорсткість, а також заповнює простір між іншими ліпідами.

Існують більш жорсткі оболонки і еластичні, м’які, в яких кількість холестеролу знижено. Крім цього, речовина служить бар’єром, перешкоджаючи переходу з клітини в клітину полярних молекул. Склад і орієнтація протеїнів в кожній мембрані відрізняється, але фахівці визначили, що без них плівка існувати не може.

У структуру плазмалеми також входять аннулярние жири, розташовані в безпосередній близькості від протеїнів і виділяються разом з ними з клітини. Без цих ліпідів протеїни оболонки не можуть виконувати свої функції. У більшості випадків плазматична мембрана асиметрична, тобто в різних її частинах кількість ліпідів і протеїнів відрізняється.

Кожна оболонка має органели. Вони являють собою ділянки цитоплазми, пов’язані між собою. Найбільш часто зустрічаються такі органели:

  • комплекс Гольджи;
  • вакуоля;
  • ендоплазматична мережа;
  • лізосоми.

Різні клітини володіють індивідуальним складом органел, але деякі з них присутні в переважній більшості одиниць тканини. Завдяки своїй структурі, мембрани здатні до виборчої проникності. Деякі речовини проходять через них вільно, інші-ні. Процес регулюється самою оболонкою. Він може бути пасивним і активним. У першому випадку в реакцію вступають інтегральні білки, у другому потрібні значні енергетичні витрати.

Значення клітинної оболонки

Якщо уважно вивчити будову і функції плазматичної оболонки, можна зрозуміти її роль і значення в нормальному функціонуванні всього організму. Після отримання точних відомостей про роботу мембрани вчені змогли підтвердити її необхідність і першорядну роль в організмі.

Всі органи тварин і людини складаються з клітин, тому палазмалемма має найбільш важливе значення для всього організму. При її пошкодженні клітина нездатна нормально існувати, порушується цілий ланцюг процесів. Саме тому фахівці і сьогодні вивчають цитоплазматичну мембрану, її функції і процеси, в яких вона бере участь.

ПОДІЛИТИСЯ: