Липиды: гидрофобные молекулы. урок 11

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 мембраны 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 по градиенту 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 против градиента 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.

Функции

Несмотря на некоторые различия в строении, плазмолеммы всех клеток обладают набором общих функций. Кроме того, они могут обладать характеристиками, сугубо специфичными для данного вида клеток. Рассмотрим кратко общие основные функции всех клеточных мембран:

1. Барьерная функция обеспечивает клетке обмен веществ с окружающим пространством. Этот обмен является регулируемым, избирательным и может быть как пассивным, так и активным.
2. Транспортная функция заключается в том, что мембрана осуществляет транспорт веществ как в клетку, так и из нее. Таким образом в клетку поставляются питательные вещества, а наружу выводятся продукты метаболизма. Благодаря транспортной функции происходит поддержание в клетке определенного уровня рН, создается ионный градиент и производится секреция различных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма.
3. Матричная функция обеспечивает белкам определенную локализацию и ориентацию, благодаря чему осуществляется их оптимальное взаимодействие.
4. Механическая функция обеспечивает клеткам автономность внутриклеточных образований и одновременно контакт с другими клетками. Немаловажная роль в этом взаимодействии отводится межклеточному веществу.
5. Энергетическая функция заключается в переносе белками мембраны энергии в процессе фотосинтеза и клеточном митохондриальном дыхании.
6. Рецепторная функция осуществляется за счет некоторых белков-рецепторов. Эти сложные молекулы помогают летке воспринимать те или иные сигналы. В качестве примера можно привести гормоны или нейромедиаторы, которые воздействуют на определенные белки-рецепторы клеток-мишеней.
7. Ферментативная функция обеспечивается также за счет белков цитоплазматической мембраны. Часть этих белков могут служить ферментами. К примеру, плазмалеммы кишечного эпителия содержат пищеварительные ферменты.
8. Насосная функция плазмолеммы заключается в выработке и проведении потенциалов. Благодаря мембране в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов калия и натрия. Это позволяет поддерживать разность потенциалов и проведение нервного импульса.
9. Маркерная функция осуществляется благодаря белкам-антигенам, которые позволяют распознавать «свои» и «чужие» клетки. Эти маркеры состоят из белков с присоединенными к ним олигосахаридными цепями. С помощью этих маркеров клетки могут распознавать друг друга в процессе построения тканей, а также при работе иммунной системы организма.

Белки клеточной мембраны

Для клетки жизненно важно взаимодействовать как с соседними клетками, так и с окружающим миром. Некоторые микроскопические молекулы или потоки света беспрепятственно проникают сквозь мембрану, взаимодействуя с белками напрямую

При этом в клетке запускаются химические реакции выработки новых белков или появляется новая программа жизнедеятельности клетки. Пример ответных реакций это: деление клетки, выделять ферменты или гормоны. Клетка может запустить механизм самоуничтожения. Принцип у всех один – внутриклеточный запуск каскада превращений химических реакций.

Чтобы клетка могла функционировать продолжительное время, в нее должны поступать питательные вещества извне. Сигналы, достигающие внутриклеточного пространства, должны правильно обрабатываться и выдавать ответную реакцию. Для этого на поверхности мембраны есть специальные рецепторы: ионные каналы, порины, транспортеры, молекулярные моторы, структурные белки.

Появление гормонов или сигнальных молекул снаружи клетки вызывает в рецепторных белках сигнал. Самый яркий представитель – рецептор инсулина, который отвечает за снабжение клетки глюкозой. Транспорт ионов происходит через ионные каналы, которые поддерживают разницу в их концентрации между наружной средой и внутренней. Натриевые и калевые каналы отвечают за передачу нервного импульса. Порины и транспортеры отвечают за перенос воды и определенных молекул сквозь мембрану. Структурные белки поддерживают структуру мембраны и взаимодействуют с остальными белками.

Кроме всего прочего есть еще внутриклеточные пути передачи сигналов при помощи каскадов реакций.

Другие функции мембраны

По­ми­мо пе­ре­чис­лен­ных выше мем­бра­на вы­пол­ня­ет также ме­та­бо­ли­че­скую и энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щую функ­цию.

Ме­та­бо­ли­че­ская функ­ция

Био­ло­ги­че­ские мем­бра­ны прямо или кос­вен­но участ­ву­ют в про­цес­сах ме­та­бо­ли­че­ских пре­вра­ще­ний ве­ществ в клет­ке, по­сколь­ку боль­шин­ство фер­мен­тов свя­за­ны с мем­бра­на­ми.

Ли­пид­ное окру­же­ние фер­мен­тов в мем­бране со­зда­ет опре­де­лен­ные усло­вия для их функ­ци­о­ни­ро­ва­ния, на­кла­ды­ва­ет огра­ни­че­ния на ак­тив­ность мем­бран­ных бел­ков и таким об­ра­зом ока­зы­ва­ет ре­гу­ля­тор­ное дей­ствие на про­цес­сы ме­та­бо­лиз­ма.

Энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щая функ­ция

Важ­ней­шей функ­ци­ей мно­гих био­мем­бран слу­жит пре­вра­ще­ние одной формы энер­гии в дру­гую.

К энер­го­пре­об­ра­зу­ю­щим мем­бра­нам от­но­сят­ся внут­рен­ние мем­бра­ны ми­то­хон­дрий, ти­ла­ко­и­ды хло­ро­пла­стов (см. Рис. 12).

Рис. 12. Ми­то­хон­дрия и хло­ро­пласт

 источник конспекта -http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-kletki-kletochnaya-membrana?seconds=0&chapter_id=98

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=b20prXGMWTI

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=92P9KPolJNU

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=eEVlPQLIs0U

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=eaWiCILxsVM

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=tSvhkZOuTrA

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=tlNX1zWiC40

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=w04rilTkJfg

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=r6e62gWd1wo

источник видео — https://www.youtube.com/watch?v=XISKZxKS3r0

источник презентации — http://www.myshared.ru/slide/download/

Физико-химические свойства мембран

При обычных (свойственных организму) условиях физическое состояние мембран — жидкое. Однако в их молекулярной организации есть порядок (представлен выше), поэтому правильно называть ее жидкокристаллическим, а состояние этой кристаллической структуры — смектическое.

Свойства:

• чувствительность к внешним условиям;
• асимметричность;
• текучесть;
• изменчивость;
• самоорганизация;
• замкнутость;
• пластичность.

Особенности этой организации, свойственные цитолеммам, позволяют им перейти и в другое состояние (например, в гель при понижении температуры).

Именно поэтому при длительном изменении внешних условий в мембранах происходит изменение и химического состава — они проходят период адаптации, что не всегда благотворно сказывается на состоянии клетки.

При химическом анализе установлено, что все элементы, входящие в состав клеточной оболочки по количеству вариативны. Например, в эритроцитах количество белковых молекул в 2,5 раза больше, чем липидных, а в миелиновой мембране — наоборот.

Классификация липидов

Классификация липидов – спорный вопрос. Существуют разные типы деления этих веществ: по степени растворимости в воде и другим физико-химическим свойствам, по структурным и биосинтетическим особенностям

Мы не будем рассматривать полной классификации, обратим внимание только на те вещества, которые имеют важнейшее значение в биосистемах

В зависимости от состава липиды классифицируют на несколько групп. Различают простые и сложные липиды. Сложные липиды в отличие от простых имеют дополнительные нелипидные группы.

Название класса липидов	Состав и строение липидов
Триглицериды: животные жиры, растительные масла.	Сложные эфиры глицерина и остатков ВЖК: ·       стеариновой – C17H35COOH ·       пальмиьтновой – C15H31COOH ·       олеиновой – C17H33COOH
Воска: пчелиный, растительный.	Сложные эфиры ВЖК и высокомолекулярных одноатомных кислот.
Стерины (стеролы): холестерол, кортикостерон, тестостерон, эстрадиол.	Высокомолекулярные спирты, состоящие из нескольких циклических блоков.
Фосфолипиды.	Триглицериды, в молекуле которых одна ВЖК заменена на остаток фосфорной кислоты H3PO4
Липопротеины	Соединения липидов с белками.
Гликолипиды	Соединения липидов с углеводами.

В настоящее время целесообразно руководствоваться следующей классификацией липидов:

• ацилглицеролы (нейтральные жиры) – моно-, ди- и триглицериды. Универсальные вещества всех организмов. Они могут вступать во все реакции, свойственные сложным эфирам. Самая значимая из них – реакция омыления. При омылении (гидролизе) из ацетилглицеролов образуется глицерол и соли жирных кислот (мыла). Омыление может быть ферментативным, кислотным или щелочным;
• диольные липиды;
• орнито- и лизинолипиды;
• воски;
• фосфолипиды (глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды);
• гликолипиды (гликозилдиацилглицериды, цереброзиды, олиго(поли)гликозилцерамиды, полипренилфосфатсахара);
• жирные кислоты;
• эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, простациклины, лейкотриены);
• стероиды (стеролы, стериды, стероидные гормоны, желчные кислоты, витамины группы D, кортикостероиды, стероидные гликозиды);
• терпены.

Белки плазматической мембраны

Если рассматривать процентное соотношение липидов и белков в мембране растительной клетки, то оно будет примерно одинаковое — 40/40%. В животной плазмалемме до 60% приходится на белки, в бактериальной — до 50%.

Плазматическая мембрана состоит из разных видов белков, и функции каждого из них также специфические.

1. Периферические молекулы. Это такие белки, которые ориентированы на поверхности внутренней или наружной частей бислоя липидов. Основные типы взаимодействий между структурой молекулы и слоем следующие:

• водородные связи;
• ионные взаимодействия или солевые мостики;
• электростатическое притяжение.

Сами периферические белки — растворимые в воде соединения, поэтому их отделить от плазмалеммы без повреждений несложно. Какие вещества относятся к этим структурам? Самое распространенное и многочисленное — фибриллярный белок спектрин. Его в массе всех мембранных белков может быть до 75% у отдельных клеточных плазмалемм.

Зачем они нужны и как зависит от них плазматическая мембрана? Функции следующие:

• формирование цитоскелета клетки;
• поддержание постоянной формы;
• ограничение излишней подвижности интегральных белков;
• координация и осуществление транспорта ионов через плазмолемму;
• могут соединяться с олигосахаридными цепями и участвовать в рецепторной передаче сигналов от мембраны и к ней.

2. Полуинтегральные белки. Такими молекулами называются те, что погружены в липидный бислой полностью или наполовину, на различную глубину. Примерами могут служить бактериородопсин, цитохромоксидаза и другие. Их называют также «заякоренными» белками, то есть будто прикрепленными внутри слоя. С чем они могут контактировать и за счет чего укореняются и удерживаются? Чаще всего благодаря специальным молекулам, которыми могут быть миристиновые или пальмитиновые кислоты, изопрены или стерины. Так, например, в плазмалемме животных встречаются полуинтегральные белки, связанные с холестерином. У растений и бактерий таких пока не обнаружено.

3. Интегральные белки. Одни из самых важных в плазмолемме. Представляют собой структуры, формирующие что-то вроде каналов, пронизывающих оба липидных слоя насквозь. Именно по этим путям осуществляются поступления многих молекул внутрь клетки, таких, которые липиды не пропускают. Поэтому основная роль интегральных структур — формирование ионных каналов для транспорта.

Существует два типа пронизывания липидного слоя:

• монотопное — один раз;
• политопное — в нескольких местах.

К разновидностям интегральных белков можно отнести такие, как гликофорин, протеолипиды, протеогликаны и другие. Все они нерастворимы в воде и тесно встроены в липидный слой, поэтому извлечь их без повреждения структуры плазмалеммы невозможно. По своему строению эти белки глобулярные, гидрофобный конец их расположен внутри липидного слоя, а гидрофильный — над ним, причем может возвышаться над всей структурой. За счет каких взаимодействий интегральные белки удерживаются внутри? В этом им помогают гидрофобные притяжения к радикалам жирных кислот.

Таким образом, существует целый ряд разных белковых молекул, которые включает в себя плазматическая мембрана. Строение и функции этих молекул можно объединить в несколько общих пунктов.

1. Структурные периферические белки.
2. Каталитические белки-ферменты (полуинтегральные и интегральные).
3. Рецепторные (периферические, интегральные).
4. Транспортные (интегральные).

Биологическая мембрана. Строение

Тер­мин «мем­бра­на» был пред­ло­жен около ста лет назад для обо­зна­че­ния гра­ниц клет­ки, но с раз­ви­ти­ем элек­трон­ной мик­ро­ско­пии стало ясно, что кле­точ­ная мем­бра­на вхо­дит в со­став струк­тур­ных эле­мен­тов клет­ки.

В 1959 году Дж. Д. Ро­берт­сон сфор­му­ли­ро­вал ги­по­те­зу о стро­е­нии эле­мен­тар­ной мем­бра­ны, со­глас­но ко­то­рой кле­точ­ные мем­бра­ны жи­вот­ных и рас­те­ний по­стро­е­ны по од­но­му и тому же типу.

В 1972 году Син­ге­ром и Ни­кол­со­ном была пред­ло­же­на жид­кост­но-мо­за­ич­ная мо­дель мем­бра­ны, ко­то­рая в на­сто­я­щее время яв­ля­ет­ся об­ще­при­знан­ной. Со­глас­но этой мо­де­ли ос­но­вой любой мем­бра­ны яв­ля­ет­ся двой­ной слой фос­фо­ли­пи­дов.

У фос­фо­ли­пи­дов (со­еди­не­ний, со­дер­жа­щих фос­фат­ную груп­пу) мо­ле­ку­лы со­сто­ят из по­ляр­ной го­лов­ки и двух непо­ляр­ных хво­стов (см. Рис. 3).

Рис. 3. Фос­фо­ли­пид

В фос­фо­ли­пид­ном бис­лое гид­ро­фоб­ные остат­ки жир­ных кис­лот об­ра­ще­ны внутрь, а гид­ро­филь­ные го­лов­ки, вклю­ча­ю­щие оста­ток фос­фор­ной кис­ло­ты, – на­ру­жу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Фос­фо­ли­пид­ный бис­лой

Фос­фо­ли­пид­ный бис­лой пред­став­лен как ди­на­ми­че­ская струк­ту­ра, ли­пи­ды могут пе­ре­ме­щать­ся, меняя свое по­ло­же­ние.

Двой­ной слой ли­пи­дов обес­пе­чи­ва­ет ба­рьер­ную функ­цию мем­бра­ны, не давая со­дер­жи­мо­му клет­ки рас­те­кать­ся, и пре­пят­ству­ет по­па­да­нию в клет­ку ток­си­че­ских ве­ществ.

Цитоплазма

Цитоплазма — обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром; подразделяется на гиалоплазму (основное вещество цитоплазмы), органоиды (постоянные компоненты цитоплазмы) и включения (временные компоненты цитоплазмы). Химический состав цитоплазмы: основу составляет вода (60–90% всей массы цитоплазмы), различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки — постоянное движение (циклоз). Оно обнаруживается, прежде всего, по перемещению органоидов клетки, например хлоропластов. Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает, так как, только находясь в постоянном движении, она может выполнять свои функции.

Гиалоплазма (цитозоль) представляет собой бесцветный, слизистый, густой и прозрачный коллоидный раствор. Именно в ней протекают все процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов. В зависимости от преобладания в гиалоплазме жидкой части или крупных молекул, различают две формы гиалоплазмы: золь — более жидкая гиалоплазма и гель — более густая гиалоплазма. Между ними возможны взаимопереходы: гель превращается в золь и наоборот.

Функции цитоплазмы:

1. объединение всех компонентов клетки в единую систему,
2. среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов,
3. среда для существования и функционирования органоидов.

Функции

В зависимости от расположения и особенностей все мембраны выполняют собственные функции, тем не менее по выполняемой работе они сходны.

Роль плазмалеммы:

1. Барьерная. Эта функция является основной и выполняется всеми видами клеточных мембран. Особенно она важна для наружной оболочки: благодаря ей клетка поддерживает форму, гомеостаз, стабильность внутреннего содержимого, целостность.
2. Транспортная. Второе важнейшее назначение — активный и пассивный перенос веществ изнутри клетки в наружную среду и обратно. Механизмы этого переноса самые разнообразные, транспорт может происходить как через каналы, образуемые пронизывающими молекулами белков, так и с помощью переносчиков. Также различают пассивное (по градиенту концентрации, например диффузия газов), и активное (против градиента, с затратой выработанной клеткой энергии).
3. Рецепторная. Эта роль возложена на пронизывающие белки, которые особым образом связаны с углеводными цепочками (гликополисахаридами). Образовавшиеся таким образом рецепторы, которые по своему строению и являются гликопротеидами, образуют комплекс с гормонами, затем активируются катализаторы, и такая система запускает механизмы поступления или вывода различных веществ.
4. Обмен информацией. Способность клетки контактировать оболочками, обмениваясь друг с другом информацией сродни рецепторным реакциям. Благодаря им происходит стимуляция роста или торможения и иные физиологические процессы. Такой контакт может быть механическим (простое или замковое смыкание оболочек) и при помощи специальных образований — синапсов. Передающиеся через синапсы сигналы могут быть как механическими, так и электрическими.
5. Энергетическая. Плазмалемма митохондрий и пластид (хлоропластов) отвечает за синтез аденозинтрифосфорной кислоты — аккумулятора клеточной энергии.

Особо следует отметить эндо- и экзоцитоз. Вследствие этих мембранных механизмов в клетку могут поступать не только целые молекулы больших размеров, но и неизмененные, сторонние клетки. Примером эндоцитоза (обволакивания крупных частиц или капель жидкости, втягивание внутрь цитоплазмы и дальнейшая химическая дезактивация) может служить поглощение вредных и чужеродных молекул лейкоцитами.

Экзоцитоз — обратный транспорт. Благодаря ему ненужные, отработанные вещества окружаются плазмалеммами и выносятся наружу через поры.

Такое множество функций и разнообразие реакций, происходящих как внутри, так и снаружи плазмалеммы, возможно за счет их упорядоченного физико-химического строения.

Основные части эукариотической клетки

Как из­вест­но, клет­ки спо­соб­ны к са­мо­сто­я­тель­ной де­я­тель­но­сти. Они могут об­ме­ни­вать­ся ве­ще­ством и энер­ги­ей с окру­жа­ю­щей сре­дой, а также расти и раз­мно­жать­ся, по­это­му внут­рен­нее стро­е­ние клет­ки очень слож­ное и в первую оче­редь за­ви­сит от той функ­ции, ко­то­рую клет­ка вы­пол­ня­ет в мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме.

Прин­ци­пы по­стро­е­ния всех кле­ток оди­на­ко­вые. В каж­дой эу­ка­ри­о­ти­че­ской клет­ке можно вы­де­лить сле­ду­ю­щие ос­нов­ные части (см. Рис. 2):

1. На­руж­ная мем­бра­на, ко­то­рая от­де­ля­ет со­дер­жи­мое клет­ки от внеш­ней среды.

2. Ци­то­плаз­ма с ор­га­нел­ла­ми.

Рис. 2. Ос­нов­ные части эу­ка­ри­о­ти­че­ской клет­ки 

Ткани

Клетки могут существовать по одной, как в одноклеточных организмах, но чаще всего они объединяются в группы себе подобных и образуют различные тканевые структуры, из которых и состоит организм. В теле человека существует несколько видов тканей:

• эпителиальная – сосредоточена на поверхности кожных покровов, органов, элементов пищеварительного тракта и дыхательной системы,
• мышечная мы двигаемся благодаря сокращению мышц нашего тела, осуществляем разнообразные движения: от простейшего шевеления мизинцем, до скоростного бега. Кстати, биение сердца тоже происходит за счёт сокращения мышечной ткани,
• соединительная ткань составляет до 80 процентов массы всех органов и играет защитную и опорную роль,
• нервная образует нервные волокна. Благодаря ей по организму проходят различные импульсы.

Соединительная ткань

Клеточный цикл

Согласно научным источникам, в клеточный цикл входят все периоды развития клетки от момента деления материнской и образования дочерней до гибели (или деления). Клеточный цикл кратко можно охарактеризовать несколькими точными параметрами.

Длительность

Существуют как быстро делящиеся — 12-36 ч (например, кроветворные), так и медленно воспроизводящиеся. Средний цикл, свойственный многим организмам — от 10 до 25 часов.

Фазы клеточного цикла

Жизнь клеточного организма можно разделить на несколько фаз.

Фазы:

1. Интерфаза, или клеточный рост. В этот период происходит быстрая наработка веществ (ДНК, белков и т. д.) и подготовка к делению. Интерфазу можно условно разделить на подпериоды. Это G1-фаза (начальный рост), S-фаза (репликация ДНК) и G2-фаза (непосредственно подготовка к митозу).
2. Фаза митоза, или фаза М. Это время жизни также можно разделить на две стадии – кариокинез (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы).

Клеточный цикл — высокоорганизованная система.

Регуляция клеточного цикла

Все периоды клеточного цикла регулируются особыми белками — циклин-зависимыми киназами и циклинами. Содержание этих белков варьируется на разных стадиях жизненного цикла. После митотического деления они полностью разрушаются.

Что такое клеточная мембрана

Если провести аналогию с куриным яйцом (разбив скорлупу, аккуратно отделить от нее тонкую полупрозрачную пленочку), то визуально можно представить, что скорлупа — это плотная клеточная оболочка, а пленка — мембрана. Эта картинка очень наглядно позволяет увидеть, каким образом под клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, располагается плазмалемма. Конечно, это представление будет условным, но, действительно, мембрана в переводе с латинского языка означает «кожа». Хотя этот термин достаточно давний, он точно передает сущность мембранной структуры .

Цитолемма (еще одно ее название) животной клетки плотной оболочкой не защищена, однако имеет особый слой, состоящий из белков и жиров, соединенных с сахарами (гликопротеинов и гликолипидов). Называют его гликокаликс, и роль, которую он несет (рецепторная, сигнальная), очень важна для жизнедеятельности.

Строение

Строение структуры уникально, и именно за счет него функции клеточной мембраны выполняются точно и избирательно.

В структуру плазмалеммы входят молекулы:

• фосфолипидов;
• гликолипидов;
• холестерола;
• белков.

Однако не только такой щедрый химический состав делает цитоплазматическую мембрану особой структурой, все свои функции она выполняет благодаря строгой организации молекул.

Строение плазмалеммы физиологически идеально — двойной слой молекул жиров (липидов), полярно организованных, не дают «своим» выходить за пределы клетки, а «чужим» — проникать внутрь.

Организация плазмалеммы:

• мембрана состоит из липидов молекулы, которые имеют особое строение;
• каждый липид имеет два конца — гидрофильная («любящая» воду) головка и гидрофобный («боящийся» воды) хвост;
• липиды выстроены таким образом, чтобы головки были снаружи, а гидрофобные хвосты внутри;
• поверхность мембраны гидрофильна (пропускает воду и, соответственно, растворы), а вот внутренняя часть, состоящая из гидрофобных окончаний, воду отталкивает;
• в основном молекулы липидов содержат остатки фосфорной кислоты (это фосфолипиды), некоторые связаны с углеводами (гликолипиды) и холестеролом;
• холестерол придает мембране упругость и жесткость;
• благодаря электростатическим свойствам липиды притягивают молекулы белков, которые также входят в структуру цитолеммы.

Именно белковые молекулы (гранулы) заслуживают отдельного внимания ученых. Из-за своего различного положения и ориентации в полужидкой липидной среде они выполняют самые различные и очень важные функции.

Внутри и на поверхности цитолеммы встречаются следующие виды белков:

1. Периферические. Эти молекулы расположены на поверхности и в основном выполняют защитную и стабилизирующую функции. Так, они выстраивают ферменты в конвейерные цепи и не позволяют ферментам просто перемещаться вдоль бислоя.
2. Погруженные внутрь (полуинтегральные). Основная их функция — ферментативная, также они могут участвовать в транспорте веществ. Изучена и еще одна интересная роль этих белков — как переносчиков. Они легко соединяются с транспортируемыми молекулами и проводят их внутрь клетки.
3. Пронизывающие (интегральные). Они располагаются таким образом, что проходят насквозь, через билипидный слой. Если несколько таких белков сливаются, то образуется канал (пора), через которую могут проходить определенные вещества, связываясь с белковыми молекулами.

Таким образом, все элементы мембранного бислоя несут строго ограниченные своей ролью и строением функции. Благодаря такой организации система работает слаженно и точно.

Отмечено, что плазмалеммы даже внутри одной клетки неоднородны. В них различается не только соотношение химических составных (белков, липидов, углеводов), но и вязкость внутреннего содержимого, ферментативная активность, плотность наружного слоя, толщина.

Месторасположение в клетке

Мембранные структуры буквально пронизывают клеточное содержимое. Они ограничивают все органоиды (за редким исключением, например рибосомы), выстилают их изнутри, являются оболочками ядер.

Самая массивная по содержанию плазмалеммы структура — эндоплазматическая сеть (ЭПР). Если сложить все мембраны, ее составляющие, то получится площадь более половины общей — на все клеточное пространство. По морфологии оболочка ЭПР сходна с внешней ядерной. Они составляют с ней единую систему и обеспечивают активный взаимный перенос элементов.

Комплекс Гольджи — еще один органоид, полностью выполненный из мембранных мешочков (цистерн). Также цитолеммы имеют митохондрии и пластиды.

Плазматическая мембрана — это часть плазмалеммы, находящаяся на границе клеточного содержимого. Она ограничивает протопласт от внешней среды, окружает клетку, защищая его от наружного воздействия.

Свойства и функции клеточной мембраны

Теперь давайте разберем, какие функции выполняет клеточная мембрана:

Барьерная функция клеточной мембраны – мембрана как самый настоящий пограничник, стоит на страже границ клетки, задерживая, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы

Транспортная функция клеточной мембраны – мембрана является не только пограничником у ворот клетки, но и своеобразным таможенным пропускным пунктом, через нее постоянно проходит обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой.

Матричная функция – именно клеточная мембрана определяет расположение органоидов клетки относительно друг друга, регулирует взаимодействие между ними.

Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и параллельно за правильно соединение клеток друг с другом, за формирование их в однородную ткань.

Защитная функция клеточной мембраны является основой для построения защитного щита клетки. В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у черепахи, все это благодаря защитной функции мембраны.

Энергетическая функция – фотосинтез и клеточное дыхание были бы невозможны без участия белка, содержащегося в клеточной мембране. Именно через белковые каналы происходит важный клеточный энергообмен, в этом заключаются самые главные функции белка в клеточной мембране.

Рецепторная функция – и опять возвращаемся к белкам мембраны, помимо собственно энергообмена они обладают еще одной очень важной функцией – они служат рецепторами клеточной мембраны, благодаря которым клетка получает сигнал от гормонов и нейромедиаторов. Все это необходимо для нормального течения гормональных процессов и проведения нервного импульса

Ферментативная функция – еще одна важная функция, осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов.

Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями:

• Фагоцитоз – это клеточный обмен, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества.
• Пиноцитоз – представляет собой процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной.
• Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность.