Все живые существа на планете состоят из клеток. При этом каждая из них окружена особой наружной оболочкой — мембраной, играющей важную роль. Эта структура предназначена не только для отделения внутреннего вещества клеток от внешней среды. Она представляет собой сложнейший механизм, а функции клеточной мембраны многообразны — структура принимает активное участие в питании, делении и т. д.
Определение понятия и история исследований
Строение и основные функции мембраны клетки изучаются учащимися 5 класса. Однако сначала необходимо определиться с самим понятием. В латинском языке слово «мембрана» означает «пленка». Однако на практике оболочка клетки состоит из двух слоев, каждый из которых обладает определенными свойствами.
Еще в 1925 году немецкие ученые Грендель и Гортер провели сложнейший эксперимент над эритроцитами. Это красные кровяные тельца. Ученым удалось получить пустые мембраны и измерить площадь их поверхности. Кроме этого, они смогли вычислить количество содержащихся в них липидов. Благодаря этому ученые решили, что мембрана клеток является двухслойной.
Через 10 лет два биолога из Соединенных Штатов (Доусон и Даниэль) решили выяснить, почему оболочка клетки обладает таким высоким показателем поверхностного натяжения. В результате они смогли рассчитать количество протеинов, содержащихся в мембране. Кроме этого, была выдвинута гипотеза, согласно которой мембрана представляет собой своеобразный сэндвич — между двумя верхними однородными слоями, состоящими из протеинов и липидов, находится пустота.
Эта теория была подтверждена в 1950 году благодаря созданию электронного микроскопа. На сделанных с его помощью фотографиях четко прослеживались слои липидов и протеинов, между которыми находилось свободное пространство.
Через 10 лет еще один американский биолог, Робертсон, предложил теорию о трехслойном строении клеточной оболочки. Ученый мир ее принял, и длительное время она считалась единственно верной. Однако затем гипотеза была поставлена под сомнение. Например, доставка питательных веществ в ядро клетки через такую мембрану оказалась бы весьма затратным процессом.
Только в 1972 году, благодаря созданию жидкостно-мозаичной модели оболочки клетки, были объяснены все нестыковки в гипотезе Робертсона. Было доказано, что состав мембраны неоднороден и асимметричен. Разобравшись с основным понятием темы, можно поговорить о строении оболочки, а затем выяснить, каковы ее функции.
Особенности строения
Сразу следует сказать, что строение плазматической мембраны клетки является довольно сложным. Оболочку клетки составляют липопротеиновые соединения. При этом ее толщина составляет 10 нм. В состав стенок мембраны входят следующие вещества:
- фосфолипиды — представляют собой соединение жиров и фосфора;
- холестерол, или холестерин — жирный спирт;
- гликолипиды — соединение углеводов и жиров.
Гликолипиды и фосфолипиды состоят из трех частей — гидрофильной головки и отходящих от нее двух гидрофобных хвоста. Между этими хвостиками расположен холестерол, которые не позволяет им изгибаться. В результате мембрана некоторых клеток может быть очень твердой. А также благодаря молекулам холестерина упорядочивается структура оболочки.
Однако наиболее важной частью мембраны являются белковые соединения. В составе оболочки находится большое количество видов протеинов, каждый из которых выполняет определенную функцию. Несмотря на существующие различия между белковыми соединениями, есть вещество, объединяющее их — аннулярные липиды. Эти жиры являются своеобразной защитной оболочкой для белковых соединений. Без аннулярных жиров протеины не смогли бы выполнять возложенные на них функции.
Структура мембраны клетки имеет 3 слоя. Ее основу составляют жидкие билипиды, которые с обеих сторон покрыты белковыми соединениями. Эти протеины выполняют роль каналов, по которым в ядро проходят вещества, неспособные проникнуть сквозь жидкий слой. Таким образом, проницаемость клеточной оболочки обеспечивается протеинами.
Основные функции
Разобравшись с особенностями строения оболочки, можно выяснить, какие функции выполняет клеточная мембрана. Их достаточно много. Однако особого внимания заслуживают несколько:
- Барьерная. Оболочка задерживает вредные вещества, не позволяя им проникать в ядро.
- Транспортная. Недостаточно останавливать неподходящие молекулы. Клеткам необходимо питание, и оболочка способна пропускать питательные вещества. Эта функция позволяет раскрыть взаимосвязь между строением и функциональными особенностями оболочки — наличие в ее составе транспортных протеинов.
- Матричная. Благодаря мембране предопределено взаимное расположение клеточных органоидов относительно друг друга, а также осуществляется регулировка их взаимодействия.
- Механическая. Отвечает за формирование тканей из клеточных структур.
- Защитная. Оболочка клетки является ее защитным слоем, аналогичным коре дерева.
- Энергетическая. Клеточное дыхание и фотосинтез возможны лишь благодаря наличию белковых соединений. Процесс газообмена осуществляется посредством протеиновых каналов.
- Рецепторная. Вновь здесь важнейшее значение имеют белки. Они не только принимают участие в процессах энергетического обмена, но и являются рецепторами. С их помощью клетки получают команды от нейромедиаторов и гормональных веществ.
- Ферментативная. Некоторые протеины, входящие в состав оболочки клетки, принимают участие в производстве специфических веществ — ферментов. Например, эпителий кишечного тракта синтезирует пищеварительные.
А также следует помнить, что клеточный метаболизм осуществляется с помощью трех реакций: это фагоцитоз, экзоцитоз и пиноцитоз. Суть первого заключается в том, что находящиеся в составе оболочки клетки фагоциты принимают и перерабатывают питательные вещества.
Пиноцитоз — реакция, в ходе которой мембрана захватывает находящиеся рядом с ней молекулы воды. Для этого на поверхности оболочки образуются усики, которые окружают молекулу H2O и вводят ее внутрь клетки. Экзоцитоз является обратным процессу пиноцитозу. Его суть заключается в удалении из клетки секреторной жидкости.
