За какво е отговорна клетъчната мембрана? Клетка и клетъчна мембрана

Изучаването на структурата на организмите, както и растенията, животните и хората, е клон на биологията, наречен цитология. Учените са установили, че съдържанието на клетката, което се намира вътре в нея, е доста сложно. Той е заобиколен от така наречения повърхностен апарат, който включва външната клетъчна мембрана, надмембранни структури: гликокаликс и микрофиламенти, пеликула и микротубули, които образуват неговия субмембранен комплекс.

В тази статия ще проучим структурата и функциите на външния клетъчната мембранавключени в повърхностния апарат различни видовеклетки.

Какви са функциите на външната клетъчна мембрана?

Както беше описано по-рано, външната мембрана е част от повърхностния апарат на всяка клетка, която успешно отделя вътрешното й съдържание и предпазва клетъчните органели от неблагоприятни условиявъншна среда. Друга функция е да осигури обмена на вещества между клетъчното съдържание и тъканната течност, следователно външната клетъчна мембрана транспортира молекули и йони, влизащи в цитоплазмата, а също така помага за отстраняване на токсините и излишните токсични вещества от клетката.

Структурата на клетъчната мембрана

Мембраните или плазмалемите на различни видове клетки са много различни една от друга. Основно химичната структура, както и относителното съдържание на липиди, гликопротеини, протеини в тях и съответно естеството на рецепторите в тях. Външният, който се определя преди всичко от индивидуалния състав на гликопротеините, участва в разпознаването на стимулите от околната среда и в реакциите на самата клетка към техните действия. Някои видове вируси могат да взаимодействат с протеини и гликолипиди на клетъчните мембрани, в резултат на което проникват в клетката. Вирусите на херпес и грип могат да използват за изграждане на защитната си обвивка.

А вирусите и бактериите, така наречените бактериофаги, се прикрепят към клетъчната мембрана и я разтварят на мястото на контакт с помощта на специален ензим. След това в образуваната дупка преминава молекула вирусна ДНК.

Характеристики на структурата на плазмената мембрана на еукариотите

Припомнете си, че външната клетъчна мембрана изпълнява функцията на транспорт, тоест пренасянето на вещества в и от нея в външна среда. За извършване на такъв процес е необходима специална структура. Наистина, плазмалемата е постоянна, универсална система от повърхностния апарат за всички. Това е тънък (2-10 Nm), но доста плътен многослоен филм, който покрива цялата клетка. Неговата структура е изследвана през 1972 г. от учени като Д. Сингър и Г. Никълсън, те също създават флуидно-мозаичен модел на клетъчната мембрана.

Основните химични съединения, които го образуват, са подредени молекули на протеини и определени фосфолипиди, които са разпръснати в течна липидна среда и наподобяват мозайка. По този начин клетъчната мембрана се състои от два слоя липиди, чиито неполярни хидрофобни "опашки" са вътре в мембраната, а полярните хидрофилни глави са обърнати към цитоплазмата на клетката и интерстициалната течност.

Липидният слой е проникнат от големи протеинови молекули, които образуват хидрофилни пори. Чрез тях се транспортират водни разтвори на глюкоза и минерални соли. Някои протеинови молекули са разположени както на външната, така и на вътрешната повърхност на плазмалемата. Така върху външната клетъчна мембрана в клетките на всички организми с ядра има въглехидратни молекули, свързани с ковалентни връзки с гликолипиди и гликопротеини. Съдържанието на въглехидрати в клетъчните мембрани варира от 2 до 10%.

Структурата на плазмалемата на прокариотните организми

Външната клетъчна мембрана при прокариотите изпълнява функции, подобни на плазмените мембрани на клетките на ядрените организми, а именно: възприемане и предаване на информация, идваща от външната среда, транспортиране на йони и разтвори в и извън клетката и защита на цитоплазмата от чужди реагенти отвън. Може да образува мезозоми - структури, които възникват, когато плазмалемата стърчи в клетката. Те могат да съдържат ензими, участващи в метаболитните реакции на прокариотите, например в репликацията на ДНК, протеиновия синтез.

Мезозомите също съдържат редокс ензими, докато фотосинтетиците съдържат бактериохлорофил (в бактериите) и фикобилин (в цианобактериите).

Ролята на външните мембрани в междуклетъчните контакти

Продължавайки да отговаряме на въпроса какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, нека се спрем на нейната роля в растителни клеткив стените на външната клетъчна мембрана се образуват пори, преминаващи в целулозния слой. Чрез тях е възможно излизането на цитоплазмата на клетката навън; такива тънки канали се наричат ​​плазмодесми.

Благодарение на тях връзката между съседните растителни клетки е много силна. В човешките и животинските клетки местата на контакт между съседни клетъчни мембрани се наричат ​​десмозоми. Те са характерни за ендотелните и епителните клетки, намират се и в кардиомиоцитите.

Спомагателни образувания на плазмалемата

За да разберем как растителните клетки се различават от животинските, помага да се изследват структурните особености на техните плазмени мембрани, които зависят от това какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана. Над него в животинските клетки има слой гликокаликс. Образува се от полизахаридни молекули, свързани с протеини и липиди на външната клетъчна мембрана. Благодарение на гликокаликса се получава адхезия (залепване) между клетките, което води до образуване на тъкани, поради което участва в сигналната функция на плазмалемата - разпознаването на стимули от околната среда.

Как е пасивният транспорт на определени вещества през клетъчните мембрани

Както бе споменато по-рано, външната клетъчна мембрана участва в процеса на транспортиране на вещества между клетката и външната среда. Има два вида транспорт през плазмалемата: пасивен (дифузионен) и активен транспорт. Първият включва дифузия, улеснена дифузия и осмоза. Движението на веществата по градиента на концентрация зависи преди всичко от масата и размера на молекулите, преминаващи през клетъчната мембрана. Например, малки неполярни молекули лесно се разтварят в средния липиден слой на плазмалемата, движат се през него и се озовават в цитоплазмата.

Големи молекули от органични вещества проникват в цитоплазмата с помощта на специални протеини носители. Те са видоспецифични и, когато се комбинират с частица или йон, пасивно ги пренасят през мембраната по градиента на концентрация, без да изразходват енергия (пасивен транспорт). Този процес е в основата на такова свойство на плазмалемата като селективна пропускливост. В процеса енергията на АТФ молекулите не се използва, а клетката я запазва за други метаболитни реакции.

Активен транспорт на химични съединения през плазмалемата

Тъй като външната клетъчна мембрана осигурява прехвърлянето на молекули и йони от външната среда в клетката и обратно, става възможно да се отстранят продуктите на дисимилация, които са токсини, навън, тоест към междуклетъчната течност. протича срещу градиент на концентрация и изисква използването на енергия под формата на АТФ молекули. Той също така включва протеини носители, наречени АТФази, които също са ензими.

Пример за такъв транспорт е натриево-калиевата помпа (натриевите йони преминават от цитоплазмата към външната среда, а калиеви йони се изпомпват в цитоплазмата). Епителните клетки на червата и бъбреците са способни на това. Разновидности на този метод на трансфер са процесите на пиноцитоза и фагоцитоза. По този начин, след като се проучи какви функции изпълнява външната клетъчна мембрана, може да се установи, че хетеротрофните протисти, както и клетките на висши животински организми, например левкоцити, са способни на пино- и фагоцитоза.

Биоелектрични процеси в клетъчните мембрани

Установено е, че има потенциална разлика между външна повърхностплазмалема (тя е положително заредена) и париеталния слой на цитоплазмата, отрицателно зареден. Наричаха го потенциал за покой и той е присъщ на всички живи клетки. НО нервна тъканима не само потенциал за покой, но също така е способен да провежда слаби биотокове, което се нарича процес на възбуждане. Външните мембрани на нервните клетки-неврони, получаващи дразнене от рецептори, започват да променят зарядите: натриевите йони масово навлизат в клетката и повърхността на плазмалемата става електроотрицателна. А париеталният слой на цитоплазмата, поради излишък от катиони, получава положителен заряд. Това обяснява защо външната клетъчна мембрана на неврона се презарежда, което причинява проводимост. нервни импулсив основата на процеса на възбуждане.

9.5.1. Една от основните функции на мембраните е участието в транспорта на вещества. Този процес се осигурява от три основни механизма: проста дифузия, улеснена дифузия и активен транспорт (Фигура 9.10). Запомнете най-важните характеристики на тези механизми и примерите за транспортираните вещества във всеки отделен случай.

Фигура 9.10.Механизми на транспортиране на молекули през мембраната

проста дифузия- пренос на вещества през мембраната без участието на специални механизми. Транспортирането става по градиент на концентрация без консумация на енергия. Малки биомолекули - H2O, CO2, O2, урея, хидрофобни нискомолекулни вещества се транспортират чрез проста дифузия. Скоростта на проста дифузия е пропорционална на градиента на концентрация.

Улеснена дифузия- трансфер на вещества през мембраната с помощта на протеинови канали или специални протеини носители. Извършва се по градиента на концентрация без консумация на енергия. Пренасят се монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди, глицерол, някои йони. Характерна е кинетиката на насищане – при определена (насищаща) концентрация на пренасяното вещество всички молекули носители участват в преноса и скоростта на транспорт достига пределната стойност.

активен транспорт- също изисква участието на специални белтъци носители, но трансферът се осъществява срещу градиент на концентрация и следователно изисква енергия. С помощта на този механизъм йони Na+, K+, Ca2+, Mg2+ се транспортират през клетъчната мембрана, а протоните – през митохондриалната мембрана. Активният транспорт на вещества се характеризира с кинетика на насищане.

9.5.2. Пример за транспортна система, която извършва активен йонен транспорт е Na+,K+ -аденозин трифосфатаза (Na+,K+ -АТФаза или Na+,K+ -помпа). Този протеин се намира в дебелината на плазмената мембрана и е в състояние да катализира реакцията на хидролиза на АТФ. Енергията, освободена по време на хидролизата на 1 молекула АТФ, се използва за пренасяне на 3 Na + йони от клетката в извънклетъчното пространство и 2 K + йона в обратната посока (Фигура 9.11). В резултат на действието на Na + , K + -АТФаза се създава разлика в концентрацията между цитозола на клетката и извънклетъчната течност. Тъй като транспортът на йони е нееквивалентен, възниква разлика в електрическите потенциали. Така възниква електрохимичен потенциал, който е сумата от енергията на разликата в електрическите потенциали Δφ и енергията на разликата в концентрациите на веществата ΔС от двете страни на мембраната.

Фигура 9.11.Схема на Na+, K+ -помпа.

9.5.3. Пренасяне през мембрани на частици и макромолекулни съединения

Наред с транспорта на органични вещества и йони, осъществяван от носители, има много специален механизъм в клетката, предназначен да абсорбира и отстранява макромолекулните съединения от клетката чрез промяна на формата на биомембраната. Такъв механизъм се нарича везикуларен транспорт.

Фигура 9.12.Видове везикуларен транспорт: 1 - ендоцитоза; 2 - екзоцитоза.

По време на трансфера на макромолекули се получава последователно образуване и сливане на везикули (везикули), заобиколени от мембрана. Според посоката на транспортиране и естеството на прехвърлените вещества се разграничават следните видове везикуларен транспорт:

Ендоцитоза(Фигура 9.12, 1) - прехвърляне на вещества в клетката. В зависимост от размера на получените везикули има:

а) пиноцитоза - абсорбция на течни и разтворени макромолекули (протеини, полизахариди, нуклеинови киселини) с помощта на малки мехурчета (150 nm в диаметър);

б) фагоцитоза — абсорбция на големи частици, като микроорганизми или клетъчни остатъци. В този случай се образуват големи везикули, наречени фагозоми с диаметър над 250 nm.

Пиноцитозата е характерна за повечето еукариотни клетки, докато големите частици се абсорбират от специализирани клетки - левкоцити и макрофаги. На първия етап на ендоцитоза веществата или частиците се адсорбират върху повърхността на мембраната; този процес протича без консумация на енергия. На следващия етап мембраната с адсорбираното вещество се задълбочава в цитоплазмата; получените локални инвагинации на плазмената мембрана се отделят от клетъчната повърхност, образувайки везикули, които след това мигрират в клетката. Този процес е свързан със система от микрофиламенти и зависи от енергията. Везикулите и фагозомите, които влизат в клетката, могат да се слеят с лизозоми. Ензимите, съдържащи се в лизозомите, разграждат веществата, съдържащи се във везикулите и фагозомите, до продукти с ниско молекулно тегло (аминокиселини, монозахариди, нуклеотиди), които се транспортират до цитозола, където могат да бъдат използвани от клетката.

Екзоцитоза(Фигура 9.12, 2) - прехвърлянето на частици и големи съединения от клетката. Този процес, подобно на ендоцитозата, протича с усвояването на енергия. Основните видове екзоцитоза са:

а) секреция - отстраняване от клетката на водоразтворими съединения, които се използват или засягат други клетки на тялото. Може да се извършва както от неспециализирани клетки, така и от клетки на жлезите с вътрешна секреция, лигавици стомашно-чревния тракт, пригодени за секрецията на веществата, които произвеждат (хормони, невротрансмитери, проензими) в зависимост от специфичните нужди на организма.

Секретираните протеини се синтезират върху рибозоми, свързани с мембраните на грубия ендоплазмен ретикулум. След това тези протеини се транспортират до апарата на Голджи, където се модифицират, концентрират, сортират и след това се пакетират във везикули, които се разцепват в цитозола и след това се сливат с плазмената мембрана, така че съдържанието на везикулите да е извън клетката.

За разлика от макромолекулите, малките секретирани частици, като протони, се транспортират извън клетката, като се използват механизми за улеснена дифузия и активен транспорт.

б) екскреция - отстраняване от клетката на вещества, които не могат да се използват (например отстраняване на ретикуларно вещество от ретикулоцитите по време на еритропоезата, което е агрегиран остатък от органели). Механизмът на екскреция, очевидно, се състои във факта, че отначало отделените частици са в цитоплазмената везикула, която след това се слива с плазмената мембрана.

По-голямата част от организмите, живеещи на Земята, се състоят от клетки, които до голяма степен са сходни по своя химичен състав, структура и жизнена активност. Във всяка клетка се извършва метаболизъм и преобразуване на енергия. Делението на клетките е в основата на процесите на растеж и размножаване на организмите. По този начин клетката е единица за структура, развитие и възпроизводство на организмите.

Клетката може да съществува само като цялостна система, неделима на части. Целостта на клетките се осигурява от биологични мембрани. Клетката е елемент от система от по-висок ранг - организъм. Части и органели на клетката, състоящи се от сложни молекули, са интегрални системи от по-нисък ранг.

Клетката е отворена система, свързана с околната среда чрез обмен на материя и енергия. то функционална системав която всяка молекула изпълнява специфична функция. Клетката има стабилност, способност да се саморегулира и самовъзпроизвежда.

Клетката е самоуправляваща се система. Контролната генетична система на клетката е представена от сложни макромолекули - нуклеинова киселина(ДНК и РНК).

През 1838-1839г. Германските биолози M. Schleiden и T. Schwann обобщиха знанията за клетката и формулираха основната позиция клетъчна теория, чиято същност се крие във факта, че всички организми, както растителни, така и животински, се състоят от клетки.

През 1859 г. Р. Вирхов описва процеса на клетъчно делене и формулира една от най-важните положения на клетъчната теория: „Всяка клетка идва от друга клетка“. Новите клетки се образуват в резултат на деленето на майчината клетка, а не от неклетъчно вещество, както се смяташе преди.

Откриването от руския учен К. Баер през 1826 г. на яйца от бозайници води до заключението, че клетката е в основата на развитието на многоклетъчни организми.

Съвременната клетъчна теория включва следните положения:

1) клетката е единица за структура и развитие на всички организми;

2) клетки на организми различни кралствадивата природа са сходни по структура, химичен състав, метаболизъм, основни прояви на живота;

3) нови клетки се образуват в резултат на делене на майчината клетка;

4) в многоклетъчен организъмклетките образуват тъкани;

5) Органите са изградени от тъкани.

С въвеждането на съвременни биологични, физични и химични изследователски методи в биологията стана възможно да се изследва структурата и функционирането на различните компоненти на клетката. Един от методите за изследване на клетките е микроскопия. Съвременният светлинен микроскоп увеличава обектите 3000 пъти и ви позволява да видите най-големите органели на клетката, да наблюдавате движението на цитоплазмата и клетъчното делене.

Изобретен през 40-те години. 20-ти век Електронният микроскоп дава увеличение десетки и стотици хиляди пъти. В електронния микроскоп вместо светлина се използва поток от електрони, а вместо лещи, електромагнитни полета. Следователно, електронният микроскоп дава ясно изображение при много по-големи увеличения. С помощта на такъв микроскоп беше възможно да се изследва структурата на клетъчните органели.

С помощта на метода се изследва структурата и съставът на клетъчните органели центрофугиране. Натрошените тъкани с разрушени клетъчни мембрани се поставят в епруветки и се въртят в центрофуга с висока скорост. Методът се основава на факта, че различните клетъчни органели имат различна маса и плътност. По-плътните органели се отлагат в епруветка при ниски скорости на центрофугиране, по-малко плътни - при високи. Тези слоеве се изследват отделно.

широко използван метод на клетъчна и тъканна култура, което се състои във факта, че от една или повече клетки върху специална хранителна среда, можете да получите група от същия тип животински или растителни клетки и дори да отгледате цяло растение. Използвайки този метод, можете да получите отговор на въпроса как се образуват различни тъкани и органи на тялото от една клетка.

Основните положения на клетъчната теория са формулирани за първи път от M. Schleiden и T. Schwann. Клетката е единица за структура, живот, размножаване и развитие на всички живи организми. За изследване на клетките се използват методи на микроскопия, центрофугиране, клетъчна и тъканна култура и др.

Клетките на гъби, растения и животни имат много общо не само по химичен състав, но и по структура. Когато една клетка се изследва под микроскоп, в нея се виждат различни структури - органели. Всяка органела изпълнява специфични функции. В една клетка има три основни части: плазмената мембрана, ядрото и цитоплазмата (Фигура 1).

плазмената мембранаотделя клетката и нейното съдържание от околната среда. На фигура 2 можете да видите: мембраната е образувана от два слоя липиди, а протеиновите молекули проникват в дебелината на мембраната.

Основната функция на плазмената мембрана транспорт. Той осигурява снабдяването с хранителни вещества на клетката и отстраняването на метаболитните продукти от нея.

Важно свойство на мембраната е селективна пропускливост, или полупропускливостта, позволява на клетката да взаимодейства с околната среда: само определени вещества влизат и излизат от нея. Малки молекули вода и някои други вещества навлизат в клетката чрез дифузия, отчасти през порите на мембраната.

В цитоплазмата се разтварят клетъчният сок на вакуоли на растителните клетки, захари, органични киселини и соли. Освен това концентрацията им в клетката е много по-висока, отколкото в околната среда. Колкото по-голяма е концентрацията на тези вещества в клетката, толкова повече тя абсорбира вода. Известно е, че водата постоянно се консумира от клетката, поради което концентрацията на клетъчния сок се увеличава и водата отново влиза в клетката.

Навлизането на по-големи молекули (глюкоза, аминокиселини) в клетката се осигурява от транспортните протеини на мембраната, които, съчетавайки се с молекулите на транспортираните вещества, ги пренасят през мембраната. В този процес участват ензими, които разграждат АТФ.

Фигура 1. Обобщена схема на структурата на еукариотна клетка.
(щракнете върху изображението, за да го увеличите)

Фигура 2. Структурата на плазмената мембрана.
1 - пронизващи катерици, 2 - потопени катерици, 3 - външни катерици

Фигура 3. Схема на пиноцитоза и фагоцитоза.

Още по-големи молекули протеини и полизахариди влизат в клетката чрез фагоцитоза (от гръцки. фагос- поглъщане и кито- съд, клетка) и капки течност - чрез пиноцитоза (от гръцки. пино- пийте и кито) (фиг. 3).

Животинските клетки, за разлика от растителните, са заобиколени от мека и гъвкава „козина“, образувана главно от полизахаридни молекули, които, прикрепвайки се към някои мембранни протеини и липиди, обграждат клетката отвън. Съставът на полизахаридите е специфичен за различните тъкани, поради което клетките се „разпознават“ взаимно и се свързват помежду си.

Растителните клетки нямат такава "козина". Те имат мембрана, изпълнена с пори над плазмената мембрана. клетъчна стенасъставен предимно от целулоза. Нишките на цитоплазмата се простират от клетка на клетка през порите, свързвайки клетките една с друга. Така се осъществява връзката между клетките и се постига целостта на тялото.

Клетъчната мембрана в растенията играе ролята на здрав скелет и предпазва клетката от увреждане.

Повечето бактерии и всички гъби имат клетъчна мембрана, само химическият й състав е различен. При гъбичките се състои от вещество, подобно на хитин.

Подобна структура имат клетките на гъбите, растенията и животните. В една клетка има три основни части: ядро, цитоплазма и плазмена мембрана. Плазмената мембрана е изградена от липиди и протеини. Той осигурява навлизането на веществата в клетката и освобождаването им от клетката. В клетките на растенията, гъбичките и повечето бактерии има клетъчна мембрана над плазмената мембрана. Той изпълнява защитна функция и играе ролята на скелет. При растенията клетъчната стена се състои от целулоза, докато при гъбите тя е изградена от вещество, подобно на хитин. Животинските клетки са покрити с полизахариди, които осигуряват контакти между клетките от една и съща тъкан.

Знаете ли, че по-голямата част от клетката е цитоплазма. Състои се от вода, аминокиселини, протеини, въглехидрати, АТФ, йони на неорганични вещества. Цитоплазмата съдържа ядрото и органелите на клетката. В него веществата се придвижват от една част на клетката в друга. Цитоплазмата осигурява взаимодействието на всички органели. Тук протичат химичните реакции.

Цялата цитоплазма е просмукана с тънки протеинови микротубули, образувайки клетъчен цитоскелетпоради което запазва постоянната си форма. Клетъчният цитоскелет е гъвкав, тъй като микротубулите могат да променят позицията си, да се движат от единия край и да се скъсяват от другия. В клетката влизат различни вещества. Какво се случва с тях в клетката?

В лизозомите - малки закръглени мембранни везикули (виж фиг. 1), молекулите на сложните органични вещества се разграждат до по-прости молекули с помощта на хидролитични ензими. Например, протеините се разграждат до аминокиселини, полизахаридите до монозахариди, мазнините до глицерол и мастни киселини. За тази функция лизозомите често се наричат ​​"храносмилателни станции" на клетката.

Ако мембраната на лизозомите е унищожена, тогава съдържащите се в тях ензими могат да усвоят самата клетка. Затова понякога лизозомите се наричат ​​„инструменти за убиване на клетката“.

Ензимното окисление на малки молекули от аминокиселини, монозахариди, мастни киселини и алкохоли, образувани в лизозоми до въглероден диоксид и вода, започва в цитоплазмата и завършва в други органели - митохондрии. Митохондриите са пръчковидни, нишковидни или сферични органели, ограничени от цитоплазмата с две мембрани (фиг. 4). Външната мембрана е гладка, докато вътрешната мембрана образува гънки - кристикоито увеличават повърхността му. Ензими, участващи в реакциите на окисление на органични вещества към въглероден двуокиси вода. В този случай се освобождава енергия, която се съхранява от клетката в АТФ молекули. Поради това митохондриите се наричат ​​"електростанции" на клетката.

В клетката органичните вещества не само се окисляват, но и се синтезират. Синтезът на липиди и въглехидрати се осъществява върху ендоплазмения ретикулум - EPS (фиг. 5), а протеините - върху рибозомите. Какво е EPS? Това е система от тубули и цистерни, чиито стени са образувани от мембрана. Те проникват в цялата цитоплазма. Чрез ER каналите веществата се придвижват до различни части на клетката.

Има гладък и грапав EPS. Въглехидратите и липидите се синтезират върху повърхността на гладката EPS с участието на ензими. Грапавостта на EPS се придава от малки заоблени тела, разположени върху него - рибозоми(виж фиг. 1), които участват в синтеза на протеини.

Синтезът на органични вещества се извършва в пластидинамира се само в растителните клетки.

Ориз. 4. Схема на строежа на митохондриите.
1.- външна мембрана; 2.- вътрешна мембрана; 3.- гънки на вътрешната мембрана - кристи.

Ориз. 5. Схема на структурата на груб EPS.

Ориз. 6. Схема на строежа на хлоропласта.
1.- външна мембрана; 2.- вътрешна мембрана; 3.- вътрешно съдържание на хлоропласта; 4. - гънки на вътрешната мембрана, събрани в "стекове" и образуващи грана.

В безцветни пластиди - левкопласти(от гръцки. левкос- бяло и plastos- създаден) нишестето се натрупва. Картофените клубени са много богати на левкопласти. Жълт, оранжев, червен цвят се придава на плодовете и цветята хромопласти(от гръцки. хром- цвят и plastos). Те синтезират пигментите, участващи във фотосинтезата, - каротеноиди. В живота на растенията значението хлоропласти(от гръцки. хлорос- зеленикаво и plastos) - зелени пластиди. На фигура 6 можете да видите, че хлоропластите са покрити с две мембрани: външна и вътрешна. Вътрешната мембрана образува гънки; между гънките има мехурчета, подредени на купчини - зърна. Зърната съдържат молекули хлорофил, които участват във фотосинтезата. Всеки хлоропласт съдържа около 50 зърна, подредени в шахматна дъска. Това разположение осигурява максимално осветяване на всяко зърно.

В цитоплазмата могат да се натрупват протеини, липиди, въглехидрати под формата на зърна, кристали, капчици. Тези включване- резервни хранителни вещества, които се консумират от клетката при необходимост.

В растителните клетки част от резервните хранителни вещества, както и продуктите на разпада, се натрупват в клетъчния сок на вакуолите (виж фиг. 1). Те могат да представляват до 90% от обема на растителната клетка. Животинските клетки имат временни вакуоли, които заемат не повече от 5% от обема им.

Ориз. 7. Схема на структурата на комплекса Голджи.

На фигура 7 виждате система от кухини, заобиколени от мембрана. то комплекс Голджи, който изпълнява различни функции в клетката: участва в натрупването и транспортирането на вещества, отстраняването им от клетката, образуването на лизозоми, клетъчна стена. Например, целулозните молекули навлизат в кухината на комплекса Голджи, които с помощта на мехурчета се придвижват до клетъчната повърхност и се включват в клетъчната мембрана.

Повечето клетки се възпроизвеждат чрез делене. Този процес включва клетъчен център. Състои се от две центриоли, заобиколени от плътна цитоплазма (виж фиг. 1). В началото на деленето центриолите се разминават към полюсите на клетката. От тях се разминават протеинови нишки, които са свързани с хромозоми и осигуряват равномерното им разпределение между две дъщерни клетки.

Всички органели на клетката са тясно свързани помежду си. Например, протеинови молекули се синтезират в рибозоми, те се транспортират през ER канали до различни частиклетки, а протеините се разрушават в лизозомите. Новосинтезираните молекули се използват за изграждане на клетъчни структури или се натрупват в цитоплазмата и вакуолите като резервни хранителни вещества.

Клетката е изпълнена с цитоплазма. Цитоплазмата съдържа ядрото и различни органели: лизозоми, митохондрии, пластиди, вакуоли, ER, клетъчен център, комплекс на Голджи. Те се различават по своята структура и функции. Всички органели на цитоплазмата взаимодействат помежду си, осигурявайки нормалното функциониране на клетката.

Таблица 1. СТРУКТУРА НА КЛЕТКАТА

Най-важната роля в жизнената дейност и клетъчното делене на гъби, растения и животни принадлежи на ядрото и хромозомите, разположени в него. Повечето от клетките на тези организми имат едно ядро, но има и многоядрени клетки, като мускулни клетки. Ядрото се намира в цитоплазмата и има кръгла или овална форма. Покрит е с обвивка, състояща се от две мембрани. Ядрената мембрана има пори, през които се осъществява обменът на вещества между ядрото и цитоплазмата. Ядрото е изпълнено с ядрен сок, който съдържа нуклеоли и хромозоми.

Ядраса "цехове за производство" на рибозоми, които се образуват от рибозомна РНК, образувана в ядрото, и протеини, синтезирани в цитоплазмата.

Основната функция на ядрото - съхраняването и предаването на наследствена информация - е свързана с хромозоми. Всеки тип организъм има свой собствен набор от хромозоми: определен брой, форма и размер.

Всички телесни клетки с изключение на половите се наричат соматичен(от гръцки. сом- тяло). Клетките на организъм от същия вид съдържат същия набор от хромозоми. Например, при хората всяка клетка на тялото съдържа 46 хромозоми, в плодовата муха Drosophila - 8 хромозоми.

Соматичните клетки обикновено имат двоен набор от хромозоми. Нарича се диплоидени означава 2 н. И така, човек има 23 двойки хромозоми, тоест 2 н= 46. Половите клетки съдържат наполовина по-малко хромозоми. Единична ли е или хаплоиден, комплект. Лице 1 н = 23.

Всички хромозоми в соматичните клетки, за разлика от хромозомите в зародишните клетки, са сдвоени. Хромозомите, които съставляват една двойка, са идентични една на друга. Сдвоените хромозоми се наричат хомоложни. Наричат ​​се хромозоми, които принадлежат към различни двойки и се различават по форма и размер нехомоложни(фиг. 8).

При някои видове броят на хромозомите може да бъде същият. Например в червена детелина и грах 2 н= 14. Въпреки това, техните хромозоми се различават по форма, размер, нуклеотиден състав на молекулите на ДНК.

Ориз. 8. Набор от хромозоми в клетките на Drosophila.

Ориз. 9. Структурата на хромозомата.

За да се разбере ролята на хромозомите в предаването на наследствена информация, е необходимо да се запознаете с тяхната структура и химичен състав.

Хромозомите на неделящата се клетка изглеждат като дълги тънки нишки. Всяка хромозома преди клетъчното делене се състои от две еднакви нишки - хроматиди, които са свързани между стеснителни ребра - (фиг. 9).

Хромозомите са изградени от ДНК и протеини. Тъй като нуклеотидният състав на ДНК се различава между различни видове, съставът на хромозомите е уникален за всеки вид.

Всяка клетка с изключение на бактерията има ядро, съдържащо ядра и хромозоми. Всеки вид се характеризира със специфичен набор от хромозоми: брой, форма и размер. В соматичните клетки на повечето организми наборът от хромозоми е диплоиден, в половите клетки е хаплоиден. Сдвоените хромозоми се наричат ​​хомоложни. Хромозомите са изградени от ДНК и протеини. Молекулите на ДНК осигуряват съхранение и предаване на наследствена информация от клетка на клетка и от организъм на организъм.

След като сте работили по тези теми, трябва да сте в състояние да:

1. Кажете в какви случаи е необходимо да се използва светлинен микроскоп (структура), трансмисионен електронен микроскоп.
2. Опишете структурата на клетъчната мембрана и обяснете връзката между структурата на мембраната и нейната способност да обменя вещества между клетката и околната среда.
3. Определете процесите: дифузия, улеснена дифузия, активен транспорт, ендоцитоза, екзоцитоза и осмоза. Посочете разликите между тези процеси.
4. Назовете функциите на структурите и посочете в кои клетки (растителни, животински или прокариотни) се намират: ядро, ядрена мембрана, нуклеоплазма, хромозоми, плазмена мембрана, рибозома, митохондрия, клетъчна стена, хлоропласт, вакуола, лизозома, гладък ендоплазмен ретикулум (агранулирани) и грапави (гранули), клетъчен център, апарат на Голджи, ресничка, флагел, мезозома, пили или фимбрии.
5. Назовете поне три признака, по които растителна клетка може да се различи от животинска клетка.
6. Избройте основните разлики между прокариотните и еукариотните клетки.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. " Обща биология". Москва, "Просвещение", 2000г

• Тема 1. "Плазменна мембрана." §1, §8 стр. 5;20
• Тема 2. "Клетка." §8-10 стр. 20-30
• Тема 3." прокариотна клетка. Вируси." §11 стр. 31-34

Природата е създала много организми и клетки, но въпреки това структурата и повечето функции на биологичните мембрани са едни и същи, което ни позволява да разгледаме тяхната структура и да изследваме ключовите им свойства, без да сме обвързани с определен тип клетка.

Какво е мембрана?

Мембраните са защитен елемент, който е неразделна част от клетката на всеки жив организъм.

Структурната и функционална единица на всички живи организми на планетата е клетката. Жизнената му дейност е неразривно свързана със средата, с която обменя енергия, информация, материя. И така, необходимата за функционирането на клетката хранителна енергия идва отвън и се изразходва за изпълнението на различните й функции.

Структурата на най-простата структурна единица на живия организъм: органелна мембрана, различни включвания. Той е заобиколен от мембрана, вътре в която са разположени ядрото и всички органели. Това са митохондрии, лизозоми, рибозоми, ендоплазмен ретикулум. Всеки структурен елемент има своя собствена мембрана.

Роля в живота на клетката

Биологичната мембрана играе кулминационна роля в структурата и функционирането на елементарна жива система. Само клетка, заобиколена от защитна обвивка, с право може да се нарече организъм. Процес като метаболизма също се осъществява поради наличието на мембрана. Ако е нарушена структурната му цялост, това води до промяна функционално състояниеорганизма като цяло.

Клетъчната мембрана и нейните функции

Той отделя цитоплазмата на клетката от външната среда или от мембраната. Клетъчната мембрана осигурява правилното изпълнение на специфични функции, спецификата на междуклетъчните контакти и имунните прояви и поддържа трансмембранната разлика в електрическия потенциал. Съдържа рецептори, които могат да възприемат химически сигнали – хормони, медиатори и други биологично активни компоненти. Тези рецептори му дават друга способност - да променя метаболитната активност на клетката.

Функции на мембраната:

1. Активен трансфер на вещества.

2. Пасивен пренос на вещества:

2.1. Дифузията е проста.

2.2. транспортиране през порите.

2.3. Транспортът се осъществява чрез дифузия на носител заедно с мембранно вещество или чрез пренасяне на вещество по протежение на молекулярната верига на носител.

3. Пренос на неелектролити поради проста и улеснена дифузия.

Структурата на клетъчната мембрана

Компонентите на клетъчната мембрана са липиди и протеини.

Липиди: фосфолипиди, фосфатидилетаноламин, сфингомиелин, фосфатидилинозитол и фосфатидилсерин, гликолипиди. Делът на липидите е 40-90%.

Протеини: периферни, интегрални (гликопротеини), спектрин, актин, цитоскелет.

Основният структурен елемент е двоен слой от фосфолипидни молекули.

Покривна мембрана: определение и типология

Някои статистики. На територията на Руската федерация мембраната се използва като покривен материал не толкова отдавна. Делът на мембранните покриви от общия брой меки покривни плочи е едва 1,5%. Битумните и мастични покриви са станали по-разпространени в Русия. Но в Западна Европа мембранните покриви представляват 87%. Разликата е осезаема.

По правило мембраната като основен материал в припокриването на покрива е идеална за плоски покриви. За тези с голямо пристрастие е по-малко подходящ.

Обемите на производство и продажби на мембранни покриви на вътрешния пазар имат положителна тенденция на растеж. Защо? Причините са повече от ясни:

• Срокът на експлоатация е около 60 години. Представете си, само гаранционният срок на употреба, който е зададен от производителя, достига 20 години.
• Лесна инсталация. За сравнение: монтажът на битумен покрив отнема 1,5 пъти повече време от монтажа на мембранен под.
• Лесна поддръжка и ремонт.

Дебелината на покривните мембрани може да бъде 0,8-2 мм, а средното тегло на един квадратен метър е 1,3 кг.

Свойства на покривните мембрани:

• еластичност;
• сила;
• устойчивост на ултравиолетови лъчи и други агресорни среди;
• устойчивост на замръзване;
• огнеустойчивост.

Има три вида покривни мембрани. Основният признак на класификацията е видът полимерен материалсъставляващи основата на платното. И така, покривните мембрани са:

• принадлежащи към групата EPDM, са направени на базата на полимеризиран етилен-пропилен-диен мономер, с други думи, предимства: висока якост, еластичност, водоустойчивост, екологичност, ниска цена. Недостатъци: лепилна технология за свързване на платна чрез използване на специална лента, ниски ставкисила на връзката. Обхват на приложение: използва се като хидроизолационен материал за тунелни тавани, водоизточници, складове за отпадъци, изкуствени и естествени резервоари и др.
• PVC мембрани. Това са черупки, при производството на които поливинилхлоридът се използва като основен материал. Предимства: UV устойчивост, огнеустойчивост, широка цветова гама на мембранните листове. Недостатъци: ниска устойчивост на битумни материали, масла, разтворители; отделя вредни вещества в атмосферата; цветът на платното избледнява с времето.
• TPO. Изработен от термопластични олефини. Могат да бъдат подсилени и неармирани. Първите са оборудвани с полиестерна мрежа или плат от фибростъкло. Предимства: екологичност, издръжливост, висока еластичност, устойчивост на температура (както при високи, така и при ниски температури), заварени съединения на шевовете на платната. Недостатъци: висока ценова категория, липса на производители на вътрешния пазар.

Профилирана мембрана: характеристики, функции и предимства

Профилираните мембрани са иновация на строителния пазар. Такава мембрана се използва като хидроизолационен материал.

Материалът, използван при производството, е полиетилен. Последният е от два вида: полиетилен високо налягане(PVD) и полиетилен ниско налягане(PND).

Профилираната мембрана от полиетилен високо налягане има специална повърхност - кухи пъпки. Височината на тези образувания може да варира от 7 до 20 мм. Вътрешната повърхност на мембраната е гладка. Това позволява безпроблемно огъване на строителни материали.

Промяната във формата на отделни участъци от мембраната е изключена, тъй като налягането се разпределя равномерно върху цялата й площ поради наличието на всички същите издатини. Геомембрана може да се използва като вентилационна изолация. В този случай се осигурява свободен топлообмен вътре в сградата.

Предимства на профилираните мембрани:

• повишена якост;
• топлоустойчивост;
• стабилност на химично и биологично въздействие;
• дълъг експлоатационен живот (повече от 50 години);
• лекота на инсталиране и поддръжка;
• достъпна цена.

Профилираните мембрани са три вида:

• с един слой;
• с двуслойно платно = геотекстил + дренажна мембрана;
• с трислойно платно = хлъзгава повърхност + геотекстил + дренажна мембрана.

Еднослойна профилирана мембрана се използва за защита на основната хидроизолация, монтаж и демонтаж на бетонна подготовка на стени с висока влажност. При оборудването се използва двуслоен защитен, а трислоен - върху почва, поддаваща се на замръзване и дълбока почва.

Области на приложение за дренажни мембрани

Профилираната мембрана намира своето приложение в следните области:

1. Основна хидроизолация на основата. Предоставя надеждна защитаот разрушителното влияние на подпочвените води, кореновите системи на растенията, слягането на почвата, механичните повреди.
2. Дренаж на фундаментна стена. Неутрализира въздействието на подземните води, валежите, като ги прехвърля в дренажни системи.
3. Хоризонтален тип - защита срещу деформация поради конструктивни особености.
4. Аналог на бетоновата подготовка. Използва се при строителни работи по изграждане на сгради в зоната на ниски подпочвени води, в случаите, когато се използва хоризонтална хидроизолация за защита от капилярна влага. Също така, функциите на профилираната мембрана включват непропускливостта на циментовото мляко в почвата.
5. Вентилация на стенни повърхности с високо ниво на влажност. Може да се монтира както от вътрешната, така и от външната страна на помещението. В първия случай се активира циркулацията на въздуха, а във втория се осигурява оптимална влажност и температура.
6. Използван обърнат покрив.

Супер дифузионна мембрана

Супердифузионната мембрана е материал от ново поколение, чиято основна цел е да предпазва елементите на покривната конструкция от вятърни явления, валежи и пара.

Производството на защитен материал се основава на използването на нетъкан текстил, висококачествени плътни влакна. На вътрешния пазар е популярна трислойна и четирислойна мембрана. Отзивите на експерти и потребители потвърждават, че колкото повече слоеве са в основата на дизайна, толкова по-силни са защитните му функции и следователно по-висока е енергийната ефективност на помещението като цяло.

В зависимост от вида на покрива, неговите конструктивни характеристики, климатични условия, производителите препоръчват да се даде предпочитание на един или друг тип дифузионни мембрани. И така, те съществуват за скатни покриви на сложни и прости конструкции, за скатни покриви с минимален наклон, за сгънати покриви и др.

Супердифузионната мембрана се полага директно върху топлоизолационния слой, подовата настилка от дъските. Няма нужда от вентилационна междина. Материалът се закрепва със специални скоби или стоманени пирони. Краищата на дифузионните листове са свързани.Работата може да се извършва дори с екстремни условия: при силни пориви на вятъра и др.

Освен това въпросното покритие може да се използва като временно покривно покритие.

PVC мембрани: същност и предназначение

PVC мембраните са покривен материал, изработен от поливинилхлорид и притежават еластични свойства. Такъв модерен покривен материал напълно замени аналозите на битумни ролки, които имат значителен недостатък - необходимостта от системна поддръжка и ремонт. Днес характерните особености на PVC мембраните правят възможно използването им при извършване на ремонтни работи на стари плоски покриви. Използват се и при монтаж на нови покриви.

Покривът, изработен от такъв материал, е лесен за използване, а монтажът му е възможен на всякакъв вид повърхност, по всяко време на годината и при всякакви метеорологични условия. PVC мембраната има следните свойства:

• сила;
• стабилност при излагане на UV лъчи, различни видове валежи, точкови и повърхностни натоварвания.

Благодарение на тях уникални свойства PVC мембраните ще ви служат вярно дълги години. Периодът на използване на такъв покрив е равен на периода на експлоатация на самата сграда, докато валцуваните покривни материали се нуждаят от редовен ремонт, а в някои случаи дори от демонтаж и монтиране на нов под.

Помежду си PVC мембранните листове са свързани чрез заваряване с горещ въздух, чиято температура е в диапазона от 400-600 градуса по Целзий. Тази връзка е напълно запечатана.

Предимства на PVC мембраните

Техните предимства са очевидни:

• гъвкавостта на покривната система, която е най-съобразена със строителния проект;
• издръжлив, херметичен свързващ шев между мембранните листове;
• идеална толерантност към изменението на климата, метеорологичните условия, температура, влажност;
• повишена паропропускливост, което допринася за изпаряването на влагата, натрупана в подпокривното пространство;
• много цветови опции;
• противопожарни свойства;
• способност дълъг периодзапазват оригиналните свойства и външен вид;
• PVC мембраната е абсолютно екологичен материал, което се потвърждава от съответните сертификати;
• процесът на инсталиране е механизиран, така че няма да отнеме много време;
• правилата за експлоатация позволяват инсталирането на различни архитектурни допълнения директно върху самия покрив от PVC мембрана;
• еднослойното оформяне ще ви спести пари;
• лекота на поддръжка и ремонт.

Мембранна тъкан

Мембранната тъкан е позната на текстилната индустрия от дълго време. Обувките и дрехите са изработени от този материал: за възрастни и деца. Мембрана - основата на мембранната тъкан, представена под формата на тънък полимерен филм и имаща такива характеристики като водоустойчивост и паропропускливост. За производството на този материал този филм е покрит с външни и вътрешни защитни слоеве. Тяхната структура се определя от самата мембрана. Това се прави, за да се запазят всички полезни свойства дори в случай на повреда. С други думи, мембранното облекло не се намокри, когато е изложено на валежи под формата на сняг или дъжд, но в същото време перфектно пропуска парата от тялото във външната среда. Тази пропускателна способност позволява на кожата да диша.

Като се има предвид всичко по-горе, можем да заключим, че идеалните зимни дрехи са направени от такъв плат. Мембраната, която е в основата на тъканта, може да бъде:

• с пори;
• без пори;
• комбинирани.

Тефлонът е включен в състава на мембрани с много микропори. Размерите на такива пори дори не достигат размерите на капка вода, а са по-големи от водна молекула, което показва водоустойчивост и способност за отстраняване на потта.

Мембраните, които нямат пори, обикновено са направени от полиуретан. Техният вътрешен слой концентрира всички потно-мазни секрети на човешкото тяло и ги изтласква навън.

Структурата на комбинираната мембрана предполага наличието на два слоя: порест и гладък. Този плат има висок качествени характеристикии ще продължи много години.

Благодарение на тези предимства, дрехите и обувките, изработени от мембранни тъкани и предназначени за носене през зимния сезон, са издръжливи, но леки и перфектно предпазват от замръзване, влага и прах. Те са просто незаменими за много активни видове зимен отдих, алпинизъм.

Отвън клетката е покрита с плазмена мембрана (или външна клетъчна мембрана) с дебелина около 6-10 nm.

Клетъчната мембрана е плътен филм от протеини и липиди (главно фосфолипиди). Липидните молекули са подредени подредено - перпендикулярно на повърхността, в два слоя, така че техните части, които взаимодействат интензивно с водата (хидрофилни), са насочени навън, а частите, които са инертни спрямо водата (хидрофобни), са насочени навътре.

Протеиновите молекули са разположени в непродължителен слой върху повърхността на липидната рамка от двете страни. Някои от тях са потопени в липидния слой, а други преминават през него, образувайки зони, пропускливи за вода. Тези протеини изпълняват различни функции – някои от тях са ензими, други са транспортни протеини, участващи в преноса на определени вещества от околната среда в цитоплазмата и обратно.

Основни функции на клетъчната мембрана

Едно от основните свойства на биологичните мембрани е селективната пропускливост (полупропускливост)- някои вещества преминават през тях трудно, други лесно и дори към по-висока концентрация.Така за повечето клетки концентрацията на Na йони вътре е много по-ниска, отколкото в околната среда. K йони се характеризират с обратна връзка: тяхната концентрация вътре в клетката е по-висока, отколкото извън нея. Следователно Na йони винаги са склонни да влязат в клетката, а К йони - да излязат навън. Изравняването на концентрациите на тези йони се предотвратява от наличието в мембраната на специална система, която играе ролята на помпа, която изпомпва Na йони от клетката и едновременно изпомпва К йони вътре.

Желанието на Na йони да се движат отвън навътре се използва за транспортиране на захари и аминокиселини в клетката. С активното отстраняване на Na йони от клетката се създават условия за навлизане на глюкоза и аминокиселини в нея.

В много клетки абсорбцията на вещества се извършва и чрез фагоцитоза и пиноцитоза. В фагоцитозагъвкавата външна мембрана образува малка депресия, където влиза уловената частица. Тази вдлъбнатина се увеличава и, заобиколена от част от външната мембрана, частицата се потапя в цитоплазмата на клетката. Явлението фагоцитоза е характерно за амеба и някои други протозои, както и за левкоцити (фагоцити). По същия начин има усвояване от клетките на течности, съдържащи необходими на клеткатавещества. Това явление е наречено пиноцитоза.

Външните мембрани на различни клетки се различават значително както по химичния състав на техните протеини и липиди, така и по относителното им съдържание. Именно тези характеристики определят разнообразието във физиологичната активност на мембраните на различни клетки и тяхната роля в живота на клетките и тъканите.

ОТ външна мембранаендоплазменият ретикулум на клетката е свързан. С помощта на външни мембрани, различни видовемеждуклетъчни контакти, т.е. комуникация между отделните клетки.

Много видове клетки се характеризират с присъствието на тяхната повърхност Голям бройиздатини, гънки, микровили. Те допринасят както за значително увеличаване на повърхността на клетките, така и за подобряване на метаболизма, както и за по-силни връзки между отделните клетки.

От външната страна на клетъчната мембрана растителните клетки имат дебели мембрани, които се виждат ясно в оптичен микроскоп, състоящи се от целулоза (целулоза). Те създават силна опора за растителните тъкани (дърво).

Някои клетки от животински произход също имат редица външни структури, които са разположени отгоре на клетъчната мембрана и имат защитен характер. Пример за това е хитинът на покривните клетки на насекомите.

Функции на клетъчната мембрана (накратко)