Клітинна мембрана (або цитолемма, або плазмалемма, або плазматична мембрана) відокремлює вміст будь клітини від зовнішнього середовища, забезпечуючи її цілісність; регулюють обмін між клітиною і середовищем; внутрішньоклітинні мембрани поділяють клітину на спеціалізовані замкнуті відсіки - компартменти або органели, в яких підтримуються певні умови середовища.

 Основні відомості

Клітинна стінка, якщо така у клітини є (зазвичай є у рослинних клітин), покриває клітинну мембрану.

Клітинна мембрана являє собою подвійний шар ( бислой) молекул класу ліпідів, більшість з яких представляє собою так звані складні ліпіди - фосфоліпіди. Молекули ліпідів мають гідрофільну ("головка") і гідрофобну ("хвіст") частина. При утворенні мембран гідрофобні ділянки молекул виявляються звернені всередину, а гідрофільні - назовні. Мембрани - структури інваріабельние, дуже подібні у різних організмів. Певний виняток становлять, мабуть, археї, у яких мембрани утворені гліцерином і терпеноідних спиртами. Товщина мембрани складає 7-8 нм.

Біологічна мембрана включає і різні білки : інтегральні (пронизують мембрану наскрізь), полуінтегральние (занурені одним кінцем у зовнішній чи внутрішній ліпідний шар), поверхневі (розташовані на зовнішній або прилеглі до внутрішньої сторонам мембрани). Деякі білки є точками контакту клітинної мембрани з цитоскелетом всередині клітини, і клітинною стінкою (якщо вона є) зовні. Деякі з інтегральних білків виконують функцію іонних каналів, різних транспортерів і рецепторів.

Опції біомембран

бар'єрна - забезпечує регульований, виборчий, пасивний та активний обмін речовин з навколишнім середовищем. Наприклад, мембрана пероксисом захищає цитоплазму від небезпечних для клітини пероксидів. Виборча проникність означає, що проникність мембрани для різних атомів або молекул залежить від їх розмірів,електричного заряду і хімічних властивостей. Виборча проникність забезпечує відділення клітини і клітинних компартментов від навколишнього середовища і постачання їх необхідними речовинами.

транспортна - через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину і з клітки. Транспорт через мембрани забезпечує: доставку поживних речовин, видалення кінцевих продуктів обміну, секрецію різних речовин, створення іонних градієнтів, підтримання в клітці відповідного pH і іонної концентрації, які потрібні для роботи клітинних ферментів.

Частинки, з якої-небудь причини не здатні перетнути фосфоліпідний бислой (наприклад, через гідрофільних властивостей, так як мембрана всередині гідрофобна і не пропускає гідрофільні речовини, або через великих розмірів), але необхідні для клітини, можуть проникнути крізь мембрану через спеціальні білки-переносники (транспортери) і білки-канали або шляхом ендоцитозу.

При пасивному транспорті речовини перетинають ліпідний бислой без витрат енергії, шляхом дифузії. Варіантом цього механізму є полегшена дифузія, при якій речовини допомагає пройти через мембрану яка-небудь специфічна молекула. У цієї молекули може бути канал, що пропускає речовини тільки одного типу.

Активний транспорт вимагає витрат енергії, так як відбувається проти градієнта концентрації. На мембрані існують спеціальні білки-насоси, в тому числі АТФаза, яка активно вкачувати в клітку іони калію (K +) і викачують з неї іони натрію (Na +).

Матрична - забезпечує певну взаєморозташування і орієнтацію мембранних білків, їх оптимальна взаємодія.

Механічна - забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, також з'єднання з іншими клітинами (в тканинах). Велику роль у забезпечення механічної функції мають клітинні стінки, а у тварин - міжклітинний речовина.

Енергетична - при фотосинтезі в хлоропластах і клітинному диханні в мітохондріях в їх мембранах діють системи перенесення енергії, в яких також беруть участь білки;

Рецепторна - деякі білки, що знаходяться в мембрані, є рецепторами (молекулами, за допомогою яких клітина сприймає ті чи інші сигнали).

Наприклад, гормони, що циркулюють в крові, діють тільки на такі клітини-мішені, у яких є відповідні цим гормонам рецептори. Нейромедіатори (хімічні речовини, що забезпечують проведення нервових імпульсів) теж зв'язуються з особливими рецепторними білками клітин-мішеней.

Ферментативна - мембранні білки нерідко є ферментами. Наприклад, плазматичні мембрани епітеліальних клітин кишечника містять травні ферменти.

здійснення генерації та проведення біопотенціалів.

За допомогою мембрани в клітці підтримується постійна концентрація іонів: концентрація іона К + всередині клітини значно вище, ніж зовні, а концентрація Na + значно нижче, що дуже важливо, оскільки це забезпечує підтримання різниці потенціалів на мембрані і генерацію нервового імпульсу.

Маркування клітини - на мембрані є антигени, що діють як маркери - "ярлики", що дозволяють пізнати клітку. Це глікопротеїни (тобто білки з приєднаними до них розгалуженими олігосахаридних бічними ланцюгами), які відіграють роль "антен". Через незліченної безлічі конфігурації бічних ланцюгів можливо зробити для кожного типу клітин свій особливий маркер. За допомогою маркерів клітини можуть розпізнавати інші клітини і діяти узгоджено з ними, наприклад, при формуванні органів і тканин. Це ж дозволяє імунній системі розпізнавати чужорідні антигени.

Структура і склад біомембран

Мембрани складаються з ліпідів трьох класів: фосфоліпіди, гліколіпіди і холестерол. Фосфоліпіди і гліколіпіди (ліпіди з приєднаними до них вуглеводами) складаються з двох довгих гідрофобних вуглеводневих "хвостів", які пов'язані із зарядженою гідрофільній "головою". Холестерол надає мембрані жорсткість, займаючи вільний простір між гідрофобними хвостами ліпідів і не дозволяючи їм згинатися. Тому мембрани з малим вмістом холестеролу більш гнучкі, а з більшим - більш жорсткі й тендітні. Також холестерол служить "стопором", що перешкоджає переміщенню полярних молекул з клітки і в клітку. Важливу частину мембрани складають білки, які пронизують її і відповідають за різноманітні властивості мембран. Їх склад і орієнтація в різних мембранах розрізняються.

Клітинні мембрани часто асиметричні, тобто шари відрізняються за складом ліпідів, перехід окремої молекули з одного шару в інший (так званий фліп-флоп) утруднений.

Мембранні органели

Це замкнуті одиночні або пов'язані один з одним ділянки цитоплазми, відділені від гіалоплазми мембранами. До одномембранним органел відносяться ендоплазматична мережа, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі, пероксисоми; до двумембранним - ядро, мітохондрії, пластиди. Будова мембран різних органел відрізняється за складом ліпідів і мембранних білків.

Виборча проникність

Клітинні мембрани мають виборчої проникністю: через них повільно дифундують глюкоза, амінокислоти, жирні кислоти, гліцерин і іони, причому самі мембрани певною мірою активно регулюють цей процес - одні речовини пропускають, а інші ні. Існує чотири основних механізми для надходження речовин у клітину або виведення їх з клітини назовні: дифузія, осмос, активний транспорт і екзо-або ендоцитоз. Два перших процесу носять пасивний характер, тобто не потребують витрат енергії; два останні - активні процеси, пов'язані зі споживанням енергії.

Виборча проникність мембрани при пасивному транспорті обумовлена спеціальними каналами - інтегральними білками. Вони пронизують мембрану наскрізь, утворюючи свого роду прохід. Для елементів K, Na і Cl є свої канали. Щодо градієнта концентрації молекули цих елементів рухаються в клітину і з неї. При подразненні канали натрієвих іонів розкриваються, і відбувається різке надходження в клітку іонів натрію. При цьому відбувається дисбаланс мембранного потенціалу. Після чого мембранний потенціал відновлюється. Канали калію завжди відкриті, через них в клітку повільно потрапляють іони калію.