Клеточная мембрана

Клеточные мембраны играют важную роль в жизнедеятельности клетки. Цитоплазматическая мембрана окружает клетку, отделяя ее содержимое от клеточной стенки, и регулирует поступление веществ,

необходимых клетке, и вывод продуктов обмена. По своему строению мембраны бактериальных, животных и растительных клеток очень сходны. В 1972 г. М.Сингер и Г.Николсон предложили жидкостно-мозаичную модель мембраны (рис. 3).

Рис. 3. Жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны

Мембрана имеет толщину 8-12 нм и состоит из бимолекулярного слоя липидов, причем гидрофобные концы молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а наружу - гидрофильные головки. В двойной слой липидов встроены белки, которые пронизывают липидный слой насквозь, либо погружены в него частично. Существуют периферийные белки, покрывающие некоторые мембраны с одной или двух сторон сетью вытянутых молекул. При этом молекулы фосфолипидов и белков находятся в непрерывном движении и взаимодействии. Липидный слой определяет основные структурные особенности биологических мембран, а белки ответственны за большинство функций мембран (транспорт, передача сигналов и т.д.). В активном состоянии мембрана имеет жидкую консистенцию, которая зависит от соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

В настоящее время выявлено четыре основных механизма транспорта через цитоплазматическую мембрану как клетки, так и клеточных органелл: диффузия, осмос, активный транспорт, экзо- и эндоцитоз.

Диффузия – это неспецифическое проникновение веществ в клетку под действием разности концентраций или электрических потенциалов по обе стороны мембраны. При этом ионы и малые полярные молекулы (глюкоза, аминокислоты) диффундируют медленно, липофильные и незаряженные молекулы – быстрее. Осмос – это переход молекул растворителя (воды) из области с более высокой концентрацией в область с более низкой через избирательно проницаемую мембрану. В первых двух случаях затрат энергии не требуется, процессы носят пассивный характер. Активный транспорт – перенос молекул или ионов через мембрану против градиентов их концентраций, что связано с затратой энергии. Большинство полярных молекул в клетку проникают посредством специфических транспортных белков, причем часть этих белков только катализирует облегченную диффузию соответствующего вещества. Другие белки подвергаются конформационным изменениям, вызываемым гидролизом АТР или связыванием ионов; в результате способны работать как насосы. Существуют транспортные белки другого типа, формирующие открытые каналы в бислое. Некоторые из таких каналов постоянно открыты, другие открываются лишь в ответ на определенные сигналы. Эндо- и экзоцитоз – процессы поступления и вывода различных материалов соответственно в клетку и из нее. Эндоцитоз имеет две разновидности: фагоцитоз (поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкого материала). В обоих случаях плазматическая мембрана образует выросты или выпячивания, обволакивающие вещество. Образуется пузырек, который отделяется от мембраны, попадает в цитоплазму, где мембрана пузырька разрушается и вещество переходит в протоплазму (рис. 4).

Рис. 4. Схематическое изображение фаго- и пиноцитозов