Цитоплазматическая мембрана (клеточная мембрана, плазмалемма)

СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ОРГАНОИДЫ.

Клетка - это самая простая живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

В зависимости от количества клеток, образующих организм, различают:

© одноклеточные организмы

© многоклеточные организмы

 

В зависимости от наличия в клетке оформленного ядра различают два уровня клеточной организации:

© эукариотический, если клетки имеют структурно оформленное ядро

© прокариотический, если клетки не имеют структурно оформленного ядра

 

Строение прокариотической клетки

К прокариотам относят бактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли)

Подробно строение прокариотической клетки было рассмотрено в теме «Царство Бактерии».

Для повторения изучи таблицу, в которой сравниваются клетки про- и эукариот:

	Прокариоты	Эукариоты
Размер клеток	0,5-10 мкм	40-100 мкм
Ядро	Не имеют оформленного ядра. Наследственная информация находится в цитоплазме в виде нуклеоида – кольцевой молекулы ДНК. ДНК у бактерий не соединена с белками.	Есть оформленное ядро, окруженное двумя мембранами, в которых есть поры. В ядре находятся линейные молекулы ДНК, соединенные с белками
Органоиды	Нет мембарнных органоидов, цитоскелета, микротрубочек.	Есть различные мембранные органоиды
Клеточная стенка	Из муреина	Растения – из целлюлозы Грибы – из хитина Животные – не имеют клеточной стенки
Рибосомы	Меньше по размеру, чем рибосомы эукариот. Функция – синтез белка. Имеются только свободные рибосомы (так как у прокариот нет ЭПС)	Размер – 80S. Есть свободные рибосомы – плавают в цитоплазме, а есть связанные – прикреплены к ЭПС.
Цитоплазматическая ДНК	Находится в цитоплазме в виде плазмид – маленькие кольцевые ДНК, не зависящие от нуклеоида	Находится в митохондриях и пластидах. Имеет кольцевую форму.
Азотфиксация	Способны за счет гетероцист	Не способны
Дыхание	За счет мезосом – выростов цитоплазматической мембраны. Есть аэробы и анаэробы	В большинстве – аэробные организмы. Дышат за счет процессов в митохондриях.
Питание	Фототрофный, хемотрофный, гетеротрофный. Поглощают пищу за счет пассивного транспорта через мембрану.	Фототрофный, гетеротрофный. Поглощают пищу за счет фагоцитоза и пиноцитоза.

Строение эукариотической клетки.

К эукариотам относят : Царство Растений, Грибов и Животных.

Все эукариотические клетки состоят из 3 компонентов:

1) Цитоплазматическая мембрана

2) Цитоплазма

3) Ядро

 

Цитоплазматическая мембрана (клеточная мембрана, плазмалемма)

Толщина плазматической мембраны в среднем 7,5 нм

В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны, согласно которой белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном слое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован - белки могут менять в нем свое положение

Основу мембраны составляет двойной слой фосфолипидов. В двойном слое хвосты молекул в мембране обращены друг к другу, а полярные головки — наружу, поэтому поверхность мембраны гидрофильна.

Помимо липидов в состав мембраны входят белки

В зависимости от локализации в мембране различают:

© периферические белки — белки, располагающиеся на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя (двойного слоя)

© полуинтегральные белки — белки, погруженные в липидный бислой на различную глубину

© интегральные, или трансмембранные белки — белки, пронизывающие мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки.

 

Мембранные белки могут выполнять различные функции:

© транспорт определенных молекул

© ускорение протекания реакций, происходящих на мембранах

© поддержание структуры мембран

© получение и преобразование сигналов из окружающей среды – сигнальная функция

 

В состав мембраны могут входить углеводы. Они обычно не находятся в мембране в свободном состоянии, а связаны либо с белками – гликопротеины, либо с липидами – гликолипиды. Углеводы в мембране обеспечивают рецепторную функцию

В животных клетках гликопротеины образуют надмембранный комплекс — гликокаликс. В нем происходит внеклеточное пищеварение, располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью, по-видимому, происходит адгезия клеток

 

Свойства цитоплазматической мембраны:

1) Избирательная проницаемость – через мембрану проходят только определенные вещества (ионы, аминокислоты, глицерол и жирные кислоты, глюкоза.), остальные задерживаются

2) Ассиметрия - липидный и белковый состав наружной и внутренней поверхности мембраны различен.

3) Текучесть – молекулы белков и липидов способны свободно перемещаться в плоскости мембраны

4) Полярность – снаружи мембраны заряд +, внутри –

 

Функции ЦПМ:

© они отделяют клеточное содержимое от внешней среды

© регулируют обмен между клеткой и средой

© делят клетки на отсеки, или компартменты

© обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов

© на мембранах располагаются рецепторные участки для распознавания внешних стимулов.

 

Как же из внешней среды в клетку попадают вещества, если клетка полностью окружена мембраной?

Существуют различные механизмы транспорта веществ через мембрану.

В зависимости от необходимости использования энергии для осуществления транспорта веществ, различают:

© пассивный транспорт — транспорт веществ, идущий без затрат энергии;

© активный транспорт — транспорт, идущий с затратами энергии.

 

Пассивный транспорт

При пассивном транспорте вещества всегда перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, то есть по градиенту концентрации.

Основные механизмы пассивного транспорта:

1) Простая диффузия - транспорт веществ непосредственно через липидный слой. Чем меньше молекула и чем более она жирорастворима, тем быстрее она проникает через мембрану

2) Осмос – транспорт молекул воды через мембрану

3) Диффузия через мембранные каналы – заряженные молекулы (Na+, Cl-, Ca2+ итд) не способны проникать в клетку путем простой диффузии. Поэтому в этом им помогают специальные белки, которые образуют каналы для прохождения этих веществ

4) Облегченная диффузия - транспорт веществ с помощью специальных белков-переносчиков, находящихся в мембране, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул

 

 

Активный транспорт

Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда требуется обеспечить перенос через мембрану молекул против градиента концентрации. Этот транспорт осуществляется белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ

Одной из наиболее изученных систем активного транспорта является натрий-калиевый насос.

Концентрация K внутри клетки значительно выше, чем за ее пределами, а Na — наоборот, выше за пределами клетки. Поэтому К пассивно диффундирует из клетки, а Na – в клетку. Но клетке важно сохранить эти вещества в определенном соотношении. Если весь калий уйдет, а концентрация натрия в клетке будет слишком высокой, то клетка не сможет нормально функционировать. Задача натрий-калиевого насоса в том, чтобы сохранить калий, и убрать натрий из клетки.

Работает натрий-калиевый насос следующим образом:

Молекула Na подходит к внутренней мембране клетки и соединяется с молекулой АТФ и белком-переносчиком, который несет натрий на наружную мембрану клетки. Снаружи к белку присоединяется калий и белок несет его в клетку.

За один цикл работы насос выкачивает из клетки 3 иона Na и закачивает 2 иона К.

 

Эндоцитоз и экзоцитоз.

Путем пассивного и активного транспорта могут перемещаться только мелкие молекулы. Крупные же молекулы попадают в клетку путем эндоцитоза.

При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит захват в цитоплазму везикул.

Различают два типа эндоцитоза:

© фагоцитоз — захват и поглощение крупных частиц

© пиноцитоз — процесс захвата и поглощения капелек жидкости с растворенными в ней веществами.

 

Экзоцитоз — процесс выведения различных веществ из клетки. При экзоцитозе мембрана везикулы, при соприкосновении с наружной цитоплазматической мембраной, сливается с ней. Содержимое везикулы выводится за пределы летки, а ее мембрана включается в состав наружной цитоплазматической мембраны.