Понятие и расположение клеточной мембраны
Клеточная мембрана имеет несколько равнозначных названий: цитоплазматическая мембрана и плазмолемма. Использование любого из этих терминов в ответе на ЕГЭ считается корректным.
У клеток эукариот (животных, растительных, грибных) наружный покров устроен по-разному. У растительных и грибных клеток поверх мембраны располагается клеточная стенка, обеспечивающая защиту от механических воздействий. У животной клетки клеточной стенки нет — её внешнюю границу образует именно цитоплазматическая мембрана, окружённая снаружи слоем гликокаликса.
Химический состав и строение мембраны
Основу мембраны составляет билипидный слой — два ряда молекул липидов, преимущественно фосфолипидов. Каждая молекула фосфолипида имеет:
- Гидрофильную головку — полярную часть, обращённую к воде;
- Гидрофобные хвосты — неполярные участки, спрятанные внутрь бислоя.
В толщу бислоя встроены белки, а также молекулы холестерина, придающие мембране стабильность. На углеводы приходится до 10% массы мембраны — они входят в состав гликопротеинов (углевод + белок) и гликолипидов (углевод + липид). Углеводные «рожки», расположенные снаружи мембраны животной клетки, формируют слой гликокаликса.
Классификация мембранных белков
По расположению относительно бислоя белки делятся на три группы:
- Периферические — лежат на поверхности мембраны;
- Полуинтегральные — погружены в бислой частично;
- Интегральные (пронизывающие) — проходят сквозь весь бислой.
Пронизывающие белки особенно важны: они образуют каналы, через которые гидрофильные вещества проходят сквозь гидрофобный слой. Функции мембранных белков многообразны:
- избирательный транспорт веществ в клетку и из неё;
- передача гормональных сигналов;
- образование окаймлённых ямок при эндо- и экзоцитозе;
- участие в иммунологических реакциях;
- ферментативное ускорение реакций без изменения состава субстрата;
- организация межклеточных контактов в составе тканей и органов.
Углеводный компонент и гликокаликс
Олигосахариды мембраны образуют снаружи животной клетки слой гликокаликса. Его главная роль — рецепторная функция: он обеспечивает узнавание клетками друг друга. Например, гепатоциты (клетки печени) с помощью гликокаликса распознают «своих» и формируют единую ткань. Гликопротеиды и гликолипиды также обеспечивают узнавание молекул-сигналов.
Пассивный транспорт веществ
Пассивный транспорт идёт по градиенту концентрации (из области высокой концентрации в область низкой) и не требует затрат энергии АТФ. К нему относятся:
- Простая диффузия — перенос мелких неполярных молекул, растворимых в липидах: O₂, CO₂.
- Облегчённая диффузия — транспорт по градиенту с участием белков-переносчиков; так проходят глюкоза, аминокислоты, вода и другие гидрофильные вещества.
- Осмос — односторонняя диффузия воды через полупроницаемую мембрану в сторону более концентрированного раствора с целью выравнивания концентраций.
Активный транспорт, эндоцитоз и экзоцитоз
Активный транспорт идёт против градиента концентрации и требует затрат энергии АТФ. Осуществляется ферментами-переносчиками, классический пример — натрий-калиевый насос: K⁺ закачивается внутрь клетки, Na⁺ выводится наружу.
Эндоцитоз — поглощение веществ клеткой за счёт впячивания мембраны:
- Фагоцитоз — захват твёрдых частиц; образующаяся вакуоль сливается с лизосомой, гидролитические ферменты которой расщепляют биополимеры до мономеров;
- Пиноцитоз — поглощение жидкостей с растворёнными веществами.
Экзоцитоз — выведение веществ из клетки: транспортный пузырёк сливается с цитоплазматической мембраной, а содержимое попадает наружу. Так выделяются пищеварительные ферменты, гормоны, компоненты клеточной стенки (например, гемицеллюлоза у растений).
Функции цитоплазматической мембраны
- Транспортная — обеспечение активного и пассивного переноса веществ;
- Барьерная (отграничивающая) — отделение содержимого цитоплазмы от внешней среды;
- Полупроницаемость — избирательное пропускание молекул в зависимости от размера и свойств;
- Рецепторная — узнавание веществ и клеток за счёт гликопротеидов и гликолипидов;
- Контактная — формирование межклеточных соединений в тканях.
Ключевые моменты
- Синонимы: клеточная мембрана = цитоплазматическая мембрана = плазмолемма.
- Основа мембраны — билипидный слой из фосфолипидов с гидрофильными головками и гидрофобными хвостами.
- Белки мембраны делятся на периферические, полуинтегральные и интегральные.
- Гликокаликс животной клетки выполняет рецепторную функцию и обеспечивает узнавание клеток.
- Пассивный транспорт (диффузия, облегчённая диффузия, осмос) идёт по градиенту без затрат АТФ.
- Активный транспорт (например, Na⁺/K⁺-насос) идёт против градиента с затратой АТФ.
- Эндоцитоз включает фагоцитоз и пиноцитоз; экзоцитоз обеспечивает секрецию веществ.
- Главные функции мембраны: транспортная, барьерная, рецепторная и контактная.