§ 13. Цитоплазматическая мембрана

1. Что такое плазмалежма? Можно ли ее увидеть в световой микроскоп?

Плазмалемма — это основная, универсальная для всех клеток составная часть поверхностного аппарата. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Из-за малых размеров увидеть ее в световой микроскоп невозможно.

2. Каковы химический состав и строение плазмалеммы?

Главными химическими соединениями плазмалеммы являются упорядоченно расположенные молекулы фосфолипидов (около 40 % массы мембраны) и белков, удерживаемые вместе с помощью нековалент-ных взаимодействий. Внутренний слой плазмалеммы состоит из двух рядов фосфолипидов, молекулы которых расположены таким образом, что их неполярные гидрофобные концы находятся в глубине мембраны, а полярные гидрофильные головки обращены к внешней и внутренней водной среде. Липидный слой не сплошной. В отдельных местах он насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки), образующими в нем гидрофильные поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы в некоторых местах связаны электростатическими взаимодействиями с полярными головками фосфолипидов и находятся на внешней либо внутренней стороне поверхности мембраны (периферические белки). В животных клетках некоторые молекулы липидов и белков плазмалеммы связаны с короткими фрагментами полисахаридных молекул, образуя гликолипиды и гликопротеины. Этот надмембранный слой животных клеток получил название гликокаликса (2—10 % массы плазмалеммы). В результате формируется жидкостно-мозаичная структура плазмалеммы, в которой составляющие ее молекулы способны перемещаться в плоскости мембраны, меняя свое расположение в ней.

3,4. Какие функции выполняет плазмалемма? Какие вещества обеспечивают выполнение плазмалеммой сигнальной функции?

Находясь на поверхности клетки, плазмалемма в первую очередь играет роль механического барьера между внутриклеточным содержимым и внешней средой, т. е. создает условия для самостоятельной жизни клетки. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, а также некоторые периферические белки участвуют в узнавании определенных веществ за счет способности связываться с ними, выполняя, таким образом, рецепторную функцию. Некоторые встроенные в плазмалемму белки могут изменять свою пространственную (третичную) структуру в ответ на действие определенных факторов внешней среды и таким образом передавать сигнал внутрь клетки. Эта сигнальная функция лежит в основе свойства раздражимости клеток — способности клетки воспринимать действие раздражителей и определенным образом реагировать на них. Великароль плазмалеммы как транспортной системы клетки, способной осуществлять перенос различных веществ внутрь клетки и из нее.

5,6. Как осуществляется перенос веществ через мембрану? В чем состоит принципиальное отличие пассивного транспорта от активного?

Существует несколько основных способов транспорта веществ через плазмалемму. Это прежде всего диффузия — движение веществ по градиенту концентрации. Этим способом осуществляется перенос незаряженных молекул небольших размеров (02, С02, Н20, этанол, мочевина и др.), а также малых неполярных молекул, легко растворимых в липидном слое мембраны. Для всех заряженных молекул (ионов), независимо от их размеров, липидный слой является сложной преградой для проникновения в клетку. Транспорт таких веществ происходит с помощью специальных мембранных белков-переносчиков, избирательно связывающихся с тем или иным ионом или молекулой. Если связанные с белками-переносчиками ионы или молекулы перемещаются по градиенту концентрации без затраты энергии, то этот вид транспорта называется облегченной диффузией. Он происходит быстрее, чем при обычной диффузии, и является одним из главных механизмов избирательной проницаемости мембран. Третий способ переноса веществ через мембрану — активный мембранный транспорт — принципиально отличается от предыдущих, так как перемещение веществ с помощью белков-переносчиков осуществляется против градиента концентрации. В этом случае требуется энергия, источником которой является АТФ. Наряду с ионами путем активного транспорта через плазмалемму транспортируются моносахариды, аминокислоты и другие вещества. Особым видом транспорта является перенос крупныхтвердых или капель жидких веществ в мембранной упаковке — фагоцитоз и пиноцитоз. При этом виде транспорта определенный участок плазмалеммы обволакивает и захватывает вещество, заключая его в мембранную упаковку.

7. Что общего и отличного между процессами фагоцитоза и пиноцитоза? Клетки каких организмов могут осуществлять эти процессы?

Общим между процессами фагоцитоза и пиноцитоза является перенос через плазмалемму веществ в мембранной упаковке. Отличие между этими способами транспорта заключается в характере транспортируемого материала. При фагоцитозе переносимое вещество имеет плотную консистенцию, при пиноцитозе — жидкую. Путем фагоцитоза питаются гетеротрофные протисты (амеба), некоторые виды лейкоцитов (нейтрофилы, моноциты), пищеварительные клетки внутреннего слоя гидры.