Плазматическая мембрана

Деление

Основным способом деления эукариот является митоз. Это непрямое деление клетки, включающее две стадии:

• кариокинез – распределение ядерного содержимого между двумя клетками;
• цитокинез – разделение органелл между дочерними клетками.

Деление начинается с удвоения центросомы и распада ядерной мембраны. Из хроматина образуются хромосомы, которые выстраиваются на клеточном экваторе. Прикреплённые микротрубочки веретена деления оттягивают части хромосом в разные стороны, где вокруг них образуется новая ядерная оболочка. Затем распределяются органеллы.

Рис. 3. Митоз.

Клетки животных разделяются перетяжкой. У растительных клеток формируется перегородка.

Клеточная оболочка

18 ноября, 2009

С внешней стороны мембраны часто формируются надмембранные структуры – клеточные оболочки, или клеточные стенки. Основные функции клеточных оболочек: механическая и защитная. У животных клеточные оболочки, как правило, отсутствуют. Существует несколько основных типов клеточных оболочек:

1. У прокариот клеточная оболочка многослойная. Внутренний слой построен на основе муреина. Внешние слои имеют разнообразный химический состав. У многих видов имеется слизистая капсула из полисахаридов.

2. У большинства низших эукариот (у водорослей, у низших грибов и грибоподобных организмов) клеточная оболочка состоит из  целлюлозы (клетчатки) и гемицеллюлоз (целлюлозоподобных веществ).

3. У высших грибов клеточная оболочка содержит грибную клетчатку, лигнин и хитин (у дрожжеподобных грибов лигнина и хитина почти нет).

4. У высших растений первичная клеточная оболочка состоит из целлюлозы (клетчатки). Вторичные оболочки содержат суберин или лигнин. Смежные клетки разделены срединными пластинками из пектинов. У многих низших и высших растений в состав оболочек входят минеральные вещества: кремнезем, известь и др.

Функция и роль клеточной мембраны

Ее функция заключается в том, чтобы защитить целостность внутренней части клетки, впуская некоторые необходимые вещества в клетку, и не позволяя проникать другим.

Он также служит основой привязанности к цитоскелету у одних организмов и к клеточной стенке у других. Таким образом, плазматическая мембрана также обеспечивает форму клетки. Еще одна функция мембраны заключается в регулировании роста клеток через баланс эндоцитоза и экзоцитоза.

При эндоцитозе липиды и белки удаляются из клеточной мембраны по мере усвоения веществ. При экзоцитозе везикулы, содержащие липиды и белки, сливаются с клеточной мембраной, увеличивая размер клеток. Животные, растительные и грибковые клетки имеют плазматические мембраны. Внутренние органеллы, например, ядро, также заключены в защитные мембраны.

Плазматическая мембрана

Плазмалемма — это перегородка, находящаяся внутри, непосредственно за оболочкой. Она делит клетку на определенные отсеки, которые направлены на компартменты или же органеллы. В них содержатся специализированные условия среды. Клеточная стенка полностью закрывает всю клеточную мембрану. Она выглядит как двойной слой молекул.

Основные сведения

Состав плазмалеммы — это фосфолипиды или же, как их еще называют, сложные липиды. Фосфолипиды имеют несколько частей: хвост и головку. Специалисты называют гидрофобные и гидрофильные части: в зависимости от строения животной или растительной клетки. Участки, которые именуются головкой — обращены внутрь клетки, а хвосты — наружу. Плазмалеммы по структуре являются инвариабельными и очень похожи у различных организмов; чаще всего исключение могут составить археи, у которых перегородки состоят из различных спиртов и глицерина.

Толщина плазмалеммы приблизительно 10 нм.

В малом содержании в состав биологической мембраны входят некоторые виды белков. Например, белки которые пронизывают всю мембрану насквозь, их называют интегральными. Мембраны, которые входят в состав и внешнего, и во внутреннего слоя (слой чаще всего бывает липидным), называются полуинтегральными.

Существуют перегородки, которые находятся на внешней стороне или же снаружи части, вплотную прилегающей к мембране — их называют поверхностными. Некоторые виды белка могут быть своеобразными контактными точками для клеточной мембраны и оболочки. Внутри клетки находится цитоскелет и наружная стенка. Определенные виды интегрального белка могут быть использованы как каналы в ионных транспортных рецепторах (параллельно с нервными окончаниями).

Если использовать электронный микроскоп, то можно получить данные, на основе которых можно построить схему строения всех частей клетки, а также основных составляющих и оболочек. Верхний аппарат будет состоять из трех субсистем:

• комплексное надмембранное включение;
• плазматическая мембрана;
• опорно-сократительный аппарат цитоплазмы, который будет иметь субмембранную часть.

К данному аппарату можно отнести цитоскелет клетки. Цитоплазма с органоидами и ядром называется — ядерный аппарат. Цитоплазматическая или, по-другому, плазматическая клеточная мембрана, находится под клеточной оболочкой.

Слово «мембрана» произошло от латинского слова membrum, которое можно перевести как «кожа» или «оболочка». Термин предложили более 200 лет назад и им чаще называли края клетки, но в период, когда началось использование различного электронного оборудования, установили, что плазматические цитолеммы составляют множество различных элементов оболочки.

Элементы чаще всего структурные, такие как:

• митохондрии;
• лизосомы;
• пластиды;
• перегородки.

Одна из первых гипотез относительно молекулярного состава плазмалеммы была выдвинута в 1940 году научным институтом Великобритании. Уже в 1960 году Уильям Робертс предложил миру гипотезу «Об элементарной мембране». Она предполагала, что все плазмалеммы клетки состоят из определенных частей, по сути, являются сформированными по общему принципу для всех царств организмов.

В начале семидесятых годов XX века было открыто множество данных,  на основании которых в 1972 году ученые из Австралии предложили новую мозаично-жидкостную модель строения клеток.

Строение плазматической мембраны

Модель 1972-го года является общепризнанной и по сей день. То есть в современной науке, различные ученые, работающие с оболочкой, опираются на теоретический труд «Строение биологической мембраны жидкостно-мозаичной модели».

Молекулы белков связаны с липидным бислоем и пронизывают всю мембрану полностью — интегральные белки (одно из общепринятых названий — это трансмембранные белки).

Оболочка в составе имеет различные углеводные компоненты, которые будут выглядеть как полисахаридная или сахаридная цепь. Цепь, в свою очередь, будет соединена липидами и белком. Соединенные молекулами белка цепи называются гликопротеинами, а молекулами липидов — гликозидами. Углеводы находятся на внешней стороне мембраны и выполняют функции рецепторов в клетках животного происхождения.

Гликопротеин — представляют собой комплекс надмембранных функций. Его еще называют гликокаликс (от греческих слов глик и каликс, что в переводе означает «сладкий» и «чашка»). Комплекс способствует адгезии клеток.

Строение

С 1925 года, когда впервые рассмотрели мембрану, гипотеза о ее строении претерпела ряд существенных изменений. С 1972 года общепризнанной считается жидкостно-мозаичная модель плазматической мембраны, которая представлена на схеме:

Рис. 2. Жидкостно-мозаичная модель мембраны

Фосфолипидный биослой устроен таким образом, что гидрофобные остатки жирных кислот обращены внутрь, а гидрофильные головки «смотрят» наружу. Двойной липидный слой – это барьер, благодаря которому содержимое клетки не растекается, и во внутреннее содержимое не попадают токсические вещества. 

Рис. 3. Строение клеточной мембраны

В 2-хслойный липидный слой погружены подвижные молекулы  белков, которые по выполняемым функциям делятся на 2 большие группы:

1. Структурные, которые в прямом смысле поддерживают структуру клетки.
2. Динамические, находящиеся на поверхности мембраны. Они участвуют в «барьерных» процессах. Среди динамических различают рецепторные, транспортные и ферментативные белковые глобулы.

Соотношение компонентов в плазматической мембране следующее: белки составляют 65%, на фосфолипиды приходится 25%, холестерол – 13%, липиды другого строения – 4%, углеводы – 3%. Липиды (жиры) отталкивают воду, поэтому ее излишки не попадают в клетку.

Функции

• Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.
• Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембрану обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортёры) и белки-каналы или путём эндоцитоза.При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии так как происходит перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой, то есть против градиента концентрации (градиент концентрации указывает направление увеличения концентрации) путём диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит перенос веществ из области низкой концентрации в область высокой, то есть по градиенту концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивает из неё ионы натрия (Na+).
• Матричная — обеспечивает определённое взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
• Механическая — обеспечивает автономность клетки, её внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечении механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

Ультраструктура хлоропласта: 1. наружная мембрана 2. межмембранное пространство 3. внутренняя мембрана (1+2+3: оболочка) 4. строма (жидкость) 5. тилакоид с просветом (люменом) внутри 6. мембрана тилакоида 7. грана (стопка тилакоидов) 8. тилакоид (ламела) 9. зерно крахмала 10. рибосома 11. пластидная ДНК 12. пластоглобула (капля жира)

Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки.
Рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.
Ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами

Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.
Осуществление генерации и проведения биопотенциалов.С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.
Маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединёнными к ним разветвлёнными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн»

Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Липиды плазмалеммы

Жидкий бислой липидов, которыми представлена плазматическая мембрана, может быть очень подвижным. Дело в том, что разные молекулы могут из верхнего слоя переходить в нижний и наоборот, то есть структура динамична. Такие переходы имеют свое название в науке — «флип-флоп». Образовалось оно от названия фермента, катализирующего процессы перестройки молекул внутри одного монослоя или из верхнего в нижний и обратно, флипазы.

Количество липидов, которое содержит клеточная плазматическая мембрана, примерно такое же, как число белков. Видовое разнообразие широко. Можно выделить такие основные группы:

• фосфолипиды;
• сфингофосполипиды;
• гликолипиды;
• холестерол.

К первой группе фосфолипидов относятся такие молекулы, как глицерофосфолипиды и сфингомиелины. Эти молекулы составляют основу бислоя мембраны. Гидрофобные концы соединений направлены внутрь слоя, гидрофильные — наружу. Примеры соединений:

• фосфатидилхолин;
• фосфатидилсерин;
• кардиолипин;
• фосфатидилинозитол;
• сфингомиелин;
• фосфатидилглицерин;
• фосфатидилэтаноламин.

Для изучения данных молекул применяется способ разрушения слоя мембраны в некоторых частях фосфолипазой — специальным ферментом, катализирующим процесс распада фосфолипидов.

Функции перечисленных соединений следующие:

1. Обеспечивают общую структуру и строение бислоя плазмалеммы.
2. Соприкасаются с белками на поверхности и внутри слоя.
3. Определяют агрегатное состояние, которое будет иметь плазматическая мембрана клетки при различных температурных условиях.
4. Участвуют в ограниченной проницаемости плазмолеммы для разных молекул.
5. Формируют разные типы взаимодействий клеточных мембран друг с другом (десмосома, щелевидное пространство, плотный контакт).

Общие характеристики

Мембраны представляют собой довольно динамичные структуры, которые широко варьируются в зависимости от типа клеток и состава их липидов. Мембраны модифицируются в соответствии с этими характеристиками следующим образом:

Текучесть мембраны

Мембрана не является статичной сущностью, она ведет себя как жидкость. Степень текучести структуры зависит от нескольких факторов, включая липидный состав и температуру, при которой мембраны подвергаются воздействию..

Когда все связи, которые существуют в углеродных цепях, насыщены, мембрана имеет тенденцию вести себя как гель, и ван-дер-ваальсовы взаимодействия стабильны. Наоборот, когда есть двойные связи, взаимодействия меньше, и текучесть увеличивается

Кроме того, существует влияние длины углеродной цепи. Чем дольше, тем больше взаимодействий с соседями, что увеличивает беглость. Когда температура увеличивается, текучесть мембраны также увеличивается.

Холестерин играет незаменимую роль в регуляции текучести и зависит от концентрации холестерина. Когда хвосты длинные, холестерин действует как иммобилайзер, снижая текучесть. Это явление происходит при нормальном уровне холестерина.

Эффект изменяется, когда концентрации холестерина ниже. При взаимодействии с хвостами липидов, эффект, который вызывает их разделение, снижает текучесть.

кривизна

Как и текучесть, кривизна мембраны определяется липидами, которые составляют каждую мембрану в частности.

Кривизна зависит от размера головки липида и хвоста. Те, у кого длинные хвосты и большие головы, плоские; те с относительно меньшими головами имеют тенденцию изгибаться намного больше, чем предыдущая группа.

Это свойство важно при явлениях мембранной эвагинации, образования пузырьков, микроворсинок и др.

Распределение липидов

Два «листа», которые образуют каждую мембрану — мы помним, что это бислой — не имеют одинакового состава липидов внутри нее; поэтому говорят, что распределение асимметрично. Этот факт имеет важные функциональные последствия.

Конкретным примером является состав плазматической мембраны эритроцитов. В этих клетках крови сфингомиелин и фосфатидилхолин (которые образуют мембраны с большей относительной текучестью) обнаруживаются при обращении к внешней стороне клетки.

Липиды, которые имеют тенденцию образовывать более жидкие структуры, сталкиваются с цитозолем. За этим паттерном не следует холестерин, который более или менее однородно распределен в обоих слоях..

Это интересно: Хлоропласты: роль в процессе фотосинтеза и структура

Коммуникативная функция цитоплазматической мембраны

К числу коммуникативных функций стоит отнести транспорт и рецепцию. Эти оба качества характерны именно для плазматической мембраны и кариолеммы. Мембрана органелл не всегда имеет рецепторы или пронизана транспортными каналами, а у кариолеммы и цитолеммы эти образования имеются. Именно посредством их осуществляется реализация данных коммуникативных функций.

Транспорт реализуется двумя возможными механизмами: с затратой энергии, то есть активным путем, и без затрат, простой диффузией. Однако клетка может транспортировать вещества и путем фагоцитоза или пиноцитоза. Это реализуется путем захвата облака жидкости или твердой частицы выпячиваниями цитоплазмы. Тогда клетка как будто руками захватывает частицу или каплю жидкости, втягивая ее внутрь и образуя вокруг нее цитоплазматический слой.

Таблица функций цитоплазматической мембраны

Наиболее наглядный способ выделить функции плазматической мембраны – таблица, в которой указана ее биологическая роль для клетки в целом.

В данной таблице наглядно показано, какие функции выполняет плазматическая мембрана. Однако эти роли играет только клеточная оболочка, то есть липидный бислой, окружающий всю клетку. Внутри нее есть и органеллы, которые также имеют мембраны. Их роли следует выразить в виде схемы.

Дифференцировка клеток многоклеточного организма

Многоклеточные организмы состоят из клеток, которые в той или иной степени отличаются по строению и функциям, например, у взрослого человека около 230 различных типов клеток. Все они являются потомками одной клетки — зиготы (в случае полового размножения) — и приобретают различия в результате процесса дифференцировки.

Дифференцировка в подавляющем большинстве случаев не сопровождается изменением наследственной информации клетки, а обеспечивается лишь путем регуляции активности генов, специфический характер экспрессии генов наследуется во время деления материнской клетки обычно благодаря эпигенетическим механизмам. Однако есть исключения: например, при образовании клеток специфической иммунной системы позвоночных происходит перестройка некоторых генов, эритроциты млекопитающих полностью теряют всю наследственную информацию, а половые клетки — её половину.

Различия между клетками на первых этапах эмбрионального развития появляются, во-первых, вследствие неоднородности цитоплазмы оплодотворенной яйцеклетки, из-за чего во время процесса дробления образуются клетки, различающиеся по содержанию определенных белков и РНК; во-вторых, важную роль играет микроокружение клетки — её контакты с другими клетками и средой.

Общее строение мембраны

Строение плазматической мембраны изучалось еще с XVIII века. Именно тогда впервые была обнаружена ее способность выборочно пропускать или задерживать вещества. С развитием микроскопии исследование тонкой структуры и строения мембраны стало более возможным, и поэтому на сегодняшний день о ней известно практически все.

Синонимом ее основному названию является плазмалемма. Состав плазматической мембраны представлен тремя основными видами ВМС:

• белки;
• липиды;
• углеводы.

Соотношение этих соединений и расположение может варьироваться у клеток разных организмов (растительной, животной или бактериальной).

Органеллы

Структурно-функциональная организация растительной и животной клеток гомологична, т.е. похожа. Однако клетки отличаются специфичными органеллами.

Рис. 2. Строение клеток животных и растений.

Основные компоненты эукариотической клетки и их описание представлены в таблице.

Все органеллы располагаются в цитоплазме – вязком веществе, состоящем из жидкости – гиалоплазмы (цитозоли). Также в неё входят клеточные включения (капли жира, зёрна крахмала) и цитоскелет, состоящий из микротрубочек и осуществляющий клеточное движение. Благодаря движению происходит обмен веществ между органеллами и с внешней средой.

Мембранная структура

• Мои предпочтения
• Мой список чтения

• Литературные заметки
• Подготовка к тесту
• Учебные пособия

!

• Дом
• Учебное пособие
• Биология растений
• Мембранная структура

• Темы биологии растений
  • Цветущие растения как «типичные» растения
  • Отделение науки о растениях
  • Научный метод
  • Что такое растение?
• Синопсис Живого Мира
  • Классификация: растения, другие организмы
  • Основные группы организмов
• ячейки
  • Клеточная теория
  • Обобщенная растительная клетка
• тканей
  • Рост и развитие
  • меристематических тканей
  • тканевых систем и клеточной композиции
  • Завод Body
• Корни
  • Первичные корневые ткани и структура
  • Вторичный рост корней
  • Типы корневых систем
  • Специализированные и модифицированные корни
  • корневых зон
• Система стрельбы: Стебли
  • Характеристики стрелковых систем
  • Первичный рост стеблей
  • Вторичный рост стеблей
• Система стрельбы: листья
  • Внешние признаки, происхождение и внутренняя структура
  • Абсциссия листьев и движения
  • Листья и окружающая среда
  • Специализированные листья и стебли
  • Листья: специализированные органы
• Система всходов: цветы, фрукты, семена
  • Особенности жизненного цикла покрытосеменных
  • Структура и развитие семян
  • Особенности цветов
  • Семена и фрукты
• Энергия и Растительный Метаболизм
  • Химия использования энергии
  • Регуляторы Энергии: Ферменты и АТФ
  • Движение материалов в клетках
  • Мембранная структура
  • Межмембранный транспорт
  • Определенная энергия
  • Законы Термодинамики
  • Мембраны: Прием, Связь
• Дыхание
  • Гликолиз
  • Аэробное дыхание
  • Электронная транспортная цепь, фосфорилирование
  • Анаэробное дыхание: ферментация
  • Дыхание: энергия для метаболизма растений
• фотосинтез
  • Детали фотосинтеза в растениях
  • Самый важный процесс в мире
  • Обзор фотосинтеза эукариот
• Минеральное питание
  • Основные элементы
  • Роль почв
• Рост растений
  • Отзывчивые Движения Роста: Тропизмы
  • Другие движения растений
  • циркадных ритмов
  • Фотопериодизм
  • Спящая
  • Регулирование роста: гормоны растений
  • Старение
  • Типы растительных гормонов
• Клеточный отдел
  • Eukaryote Cell Divison: клеточный цикл
  • Половое размножение: Мейоз
  • Prokaryote Cell Division
• генетика
  • Сложности наследования
  • Менделевская генетика
• эволюция
  • Дарвиновская теория эволюции
  • Современная теория эволюции
• Систематика
  • Растения среди разнообразия организмов
  • Классификация групп организмов
  • Современная таксономия включает филогенетику
  • Naming Plants
  • Типы классификаций
• Прокариоты и Вирусы
  • Репродукция
  • Прокариот Метаболизм
  • Систематика
  • Экология
  • Человеческий интерес
  • Общая характеристика прокариот
  • Структура
  • Вирусы
• Грибы: не растения
  • Экология грибов
  • Симбиотические отношения
  • Растительные патогены
  • Дрожжи
  • Царство отдельно от растений
  • Характеристики грибов
  • Грибы: репродукция
  • Систематика грибов
• протисты
  • Водоросли
  • Смесь жизненных форм
  • Fungi ‐ Like Protista
• Бриофиты — несосудистые растения
  • Типичный жизненный цикл мохообразных
  • Филогения мохообразных
  • Экология бриофитов
  • Наземные растения без сосудистых тканей
• Бессемянные сосудистые растения
  • Phylum Lycophyta: Клуб Мхи и Больше
  • Phyl

Осмотическое давление в клетке

Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Тургор тканей — напряжённое состояние оболочек живых клеток. Тургорное давление — внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Тургор обуславливается тремя факторами: внутренним осмотическим давлением клетки, которое вызывает напряжение клеточной оболочки, внешним осмотическим давлением, а также упругостью клеточной оболочки.

Рисунок 11. Взаимодействие эритроцитов и растительной клетки с растворами.