Биологические мембраны клетки, их строение, химический состав и функции. Гликокаликс

Понятие о клетке в биологии. Клеточная теория, ее основные положения и значение для биологии и медицины.

Клетка- элементарная, структурная, функциональная и генетическая единица в составе всех растительных и животных организмов. Организм взрослого человека состоит примерно из 10^13 клеток, которые подразделяют более чем на 200 типов, существенно различающихся своими структурными и функциональными особенностями. Вместе с тем, клетки всех типов характеризуются сходством общей организации и строения важнейших компонентов.

Каждый уровень организации имеет свои морфофункциональные особенности. Роль клеток в построении этой целостной системы формулируется клеточной теорией.

Клеточная теория – это обобщенное представление о строении клеток, как единиц живого, об их воспроизведении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Основные положения клеточной теории (Т. Шванн, 1838, Р. Вирхов, 1858):

1. Клетка – наименьшая единица живого

2. Клетки сходны по общему плану строения

3. Клетки размножаются путем деления (каждая клетка из клетки)

4. В организме клетки функционируют не изолированно, а находятся в тесной связи друг с другом, образуя единое целое (ткани, органы, системы органов).

Стало ясно, что клетка — важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.

Плазмолемма (цитолемма). Её строение, химический состав и функции.

Плазмолемма (plasmalemma), или внешняя клеточная мембрана, среди различных клеточных мембран занимает особое место. Это поверхностная периферическая структура, не только ограничивающая клетку снаружи, но и обеспечивающая ее непосредственную связь с внеклеточной средой, а следовательно, и со всеми веществами и стимулами, воздействующими на клетку.

Химический состав плазмолеммы. Основу плазмолеммы составляет липопротеиновый комплекс. Она имеет толщину около 10 нм и, таким образом, является самой толстой из клеточных мембран.

Снаружи от плазмолеммы располагается надмембранный слой — гликокаликс (glycocalyx). Толщина этого слоя около 3-4 нм, он обнаружен практически у всех животных клеток, но степень его выраженности различна. Гликокаликс представляет собой ассоциированный с плазмолеммой гликопротеиновый комплекс, в состав которого входят различные углеводы. В гликокаликсе могут располагаться белки, не связанные непосредственно с билипидным слоем. Как правило, это белки-ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении различных веществ, таких как углеводы, белки, жиры и др.

Функции плазмолеммы. Эта мембрана выполняет ряд важнейших клеточных функций, ведущими из которых являются барьерная функция (разграничения цитоплазмы с внешней средой), функции рецепции и транспорта различных веществ как внутрь клетки, так и из нее. Рецепторные функции связаны с локализацией на плазмолемме специальных структур, участвующих в специфическом «узнавании» химических и физических факторов.

 

Биологические мембраны клетки, их строение, химический состав и функции. Гликокаликс.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ -это липопротеидные образования, которые отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндоплазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (40%), белки (50%) и углеводы (10%).

В состав плазматической мембраны эукариотических клеток входят также полисахариды. Их короткие, сильно развлетвленные молекулы ковалентно связаны с белками, образуя гликопротеины, или с липидами (гликолипиды). Содержание полисахаридов в мембранах составляет 2-—10% по массе. Полисахаридный слой толщиной 10—20 нм, покрывающий сверху плазмалемму животных клеток, получил название гликокаликс.

 

Молекулы липидов мембран состоят из двух частей: гидрофильной и гидрофобной, т.е. полярны. С полярностью липидов мембран связана их проницаемость для веществ. Неполярные соединения легко проникают через нее, тогда как полярные (например, белки) могут проникать в клетку только путем эндоцитоза (см. ниже). В мембранах липиды образуют липидный бислой, в котором молекулы липидов имеют характерное расположение; гидрофобные концы (хвостики) спрятаны внутрь бислоя, а гидрофильные части находятся снаружи. Хвостики липидов образуют центральный светлый слой мембран. Среди липидов (липоидов) мембран выделяют фосфолипиды, сфинголипиды, а также холестерин. Из мембранных фосфолипидов может высвобождаться арахидоновая кислота, являющаяся предшественником ряда биологически активных веществ и гормоноидов: простагландинов, тромбоксанов, лсйкотриенов и других, выполняющих множество функций (медиаторы воспаления, вазоактивных факт

Белки мембран разделяются на 3 основных группы: поверхностные белки расположены или снаружи, или изнутри липидного бислоя; они непрочно связаны с поверхностью мембраны и чаще находятся вне липидного бислоя, интегральные (трансмембранные) белки проходят через всю толщину бислоя; полуинтегральные белки проникают только дополовинылипидного бислоя. По функции белки мембран могут быть белками-ферментами, белками-рецепторами, транспортными, а также структурными белками.

Функции биологических мембран:

1. Разграничительная — отделяют клетку от внеклеточной среды, ядро от цитоплазмы, содержимое органелл от их микросреды и т.д.

2. Барьерно-защитная: защищают внутреннюю среду клетки от действия вредных внешних факторов.

3. Рецепторная.

4. Транспортная: транспорт веществ в клетку — эндоцитоз, и из клетки — экзоцитоз.

5. Участие в межклеточных взаимодействиях: формирование межклеточных контактов, дистантные взаимодействия между клетками.