Функции, структура и состав клеточной мембраны

Клетка — структурированная упорядоченная система, ограниченная плазматической (цитоплазматической) мембраной. Защитная оболочка представляет собой молекулярную эластичную структуру. Иначе её называют плазмолеммой или цитолеммой, она регулирует взаимодействие с окружающей средой. Имея сложную структуру, клеточная мембрана выполняет множество функций.

История исследований

Важнейшие открытия в этом направлении биологии были сделаны в XX в. Краткая хронология исследований:

1. Сложный биологический эксперимент над эритроцитами произвели немецкие учёные Грендель и Гортер в 1925 г. Во время научных исследований были обнаружены пустые оболочки кровяных телец. Учёные сделали вывод о наличии двойного слоя клеточной мембраны, рассчитали, какое количество липидов входит в состав структуры.
2. В 1935 г. американские учёные Доусон и Даниэли провели серию продолжительных экспериментов, выдвинули теорию о наличии белка в клеточной оболочке. Это утверждение удалось доказать в 1950 г. практическими наблюдениями с помощью электронного микроскопа. Усовершенствованная модель прибора позволила сделать микроснимки, где отчётливо просматривались белковые и липидные головки, а также полое пространство между ними.
3. Американским учёным Робертсоном в 1960 г. разработана теория о трёхслойном строении клеточной мембраны. Взгляды биолога долгое время считались верными, но дальнейшие исследования с развитием науки поставили под сомнение однородность слоёв. Благодаря экспериментам было выявлено отличие толщины мембран в разных тканях и в способе их крепления.
4. В 1972 г. Сингер и Николсон создали жидкостно-кристаллическую модель оболочки клетки. Американские биологи смогли обосновать ошибки в теории Робертсона. Исследования позволили установить неоднородность состава оболочки, её асимметричность и наличие внутри жидкости.

Николсон и Сингер доказали отличающееся строение белков внутри мембраны, различие их функций.

Строение цитолеммы

Толщина цитолеммы составляет от 6 до 10 нм. Клеточная мембрана представляет собой трёхслойную жиро-белковую оболочку, отделяющую клетки друг от друга. В центре располагается жидкий билипидный слой, с обеих сторон его покрывают белки, частично проникающие в толщу.

Расположение элементов внешне напоминает мозаичный рисунок, при этом протеины не образуют сплошной слой. Молекулы жиров располагаются в 2 слоя перпендикулярно к поверхности. Взаимодействующие с водой части развёрнуты наружу, гидрофобные — внутрь. Мембрана содержит 3 класса липидов:

• гликолипиды;
• фосфолипиды;
• холестерол.

Фосфолипиды преобладают в клеточной мембране (из общего числа жиров), в их головках содержатся остатки фосфорной кислоты. В составе гликолипидов находятся углеводы. Холестерол придаёт жёсткость клеточной оболочке, размещается в пространстве между хвостами других липидов. В составе цитолеммы находятся белки 3 видов:

• интегральные (пронизывают всю структуру);
• полуинтегральные (проникают в билипидный слой частично);
• периферические (находятся на поверхности плёнки).

Одни белки выполняют функции ферментов, другие отвечают за доставку кислорода и питательных веществ внутрь клетки, выведение продуктов распада.

Важные задачи оболочки

Главная задача клеточной оболочки — управлять обменными процессами с окружающей средой, обеспечивать межклеточное взаимодействие. Благодаря цитолемме поддерживаются 3 вида реакций:

1. Пиноцитоз. Суть процесса заключается в захватывании молекул жидкости. На поверхности мембраны находятся специальные усики, они обволакивают частицу жидкости. Образуется своеобразный пузырь, который «проглатывается» клеточной оболочкой.
2. Экзоцитоз. Процесс имеет обратный механизм, суть его заключается в выделении функциональной жидкости наружу.
3. Фагоцитоз. Подразумевает захват и усвоение питательных веществ.

Совокупность 3 реакций создаёт основу для клеточного обмена. Важные функции мембраны:

1. Фиксирует и определяет взаимное расположение органоидов.
2. Ограничивает пространство клетки, служит защитным каркасом. Обеспечивает сохранность внутреннего содержимого (цитоплазма и ядро), устойчивость к деформации, однородность соединения с другими клетками.
3. Поддерживает процессы фотосинтеза, клеточное дыхание. Белковые каналы внутри мембраны отвечают за энергетический обмен.
4. Поддерживает движение веществ. Концентрация ионов калия и натрия во внутреннем и наружном пространстве отличается, этим поддерживается отрицательный заряд клетки внутри и положительный — с обратной стороны. Благодаря разности потенциалов вещества перемещаются, поддерживая фагоцитоз, экзоцитоз и пиноцитоз.
5. Обеспечивает информационный обмен с окружающей средой, проведение нервных импульсов и течение гормональных процессов. Белки мембраны служат рецепторами, воспринимающими сигнал нейромедиаторов и гормонов.
6. Помогает клеткам распознавать «чужака». На поверхности оболочки находятся антигены, состоящие из белков с разветвлёнными боковыми цепями. Эти структуры различаются конфигурацией, присущей определённому типу биологической единицы. Благодаря этой особенности клетки распознают чужеродные элементы, помогая организму избавиться от них.

Мембрана — это эластичная прочная оболочка, имеющая не только защитную, но и энергетическую, регулирующую и рецепторную функцию. Цитомелла обладает высокой способностью к восстановлению, свойство полупроницаемости позволяет оболочке пропускать вещества выборочно. Это уникальная и непрерывно работающая структура, обеспечивающая жизнедеятельность клетки.