Клітинні мембрани: хімічний склад, будова і функції

Усі клітини обмежені плазматичною мембраною, яка забезпечує обмін речовин з навколишнім середовищем, а в багатоклітинних організмах – взаємодію клітин між собою.

Внутрішнє середовище клітини поділене внутрішньоклітинними мембранами на окремі функціональні ділянки. Це необхідно для розміщення певних молекул (ферментів, пігментів та ін.), а також розділу просторово несумісних процесів обміну речовин та перетворення енергії, захисту певних ділянок клітини від дії ферментів тощо.

Усі різноманітні мембранні структури клітин мають подібний хімічний склад та особливості організації. Клітинні мембрани складаються з ліпідів, білків і вуглеводів. Молекули ліпідів розташовані у два шари. Білки розміщені мозаїчно: одні з них перебувають на зовнішній або на внутрішній поверхнях мембран, інші – заглиблені у товщу мембрани або перетинають мембрану наскрізь. Мембранні вуглеводи утворюють комплекси з молекулами білків або ліпідів. Сучасна модель будови біологічних мембран дістала назву рідинно-мозаїчної.

Цитоплазму оточує міцна та еластична плазматична мембрана, яка визначає розміри клітин (рис.3.2). Вона виконує різноманітні функції: захисну, забезпечення процесів обміну речовин з навколишнім середовищем, сигнальну, транспорту речовин, контактів із сусідніми клітинами тощо.

Рис.3.2 Будова плазматичної мембрани: І – схема розташування в мембрані ліпідів (1) і білків (2); ІІ – рідинно-мозаїчна модель

Транспорт речовин через мембрани. Різні сполуки, необхідні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну речовин перетинають плазматичну мембрану за допомогоюмеханізмів пасивного чи активного транспорту. Прикладом пасивного транспорту є дифузія.

Активний транспорт через біологічні мембрани пов’язаний зі значними витратами енергії і здійснюється за допомогою калій-натрієвого насоса чи ендоцитозу. Розрізняють два основні види ендоцитозу: фаго- і піноцитоз. Завдяки фагоцитозу деякі тваринні клітини захоплюють тверді частки, піноцитозу – клітини всіх організмів поглинають розчини.

Поверх плазматичної мембрани розташований поверхневий апарат. У клітинах грибів і рослин плазматична мембрана ззовні вкрита більш-менш щільною клітинною стінкою. У рослин вона обов’язково включає пучки волоконець полісахариду целюлози, заглиблені в основу – матрикс, що утворений іншими полісахаридами.

Крім того, до складу клітинної стінки окремих видів рослин можуть входити також ліпіди, білки, різноманітні неорганічні сполуки. У грибів основу клітинної стінки складають різноманітні полісахариди: целюлоза, нітрогеновмісний полісахарид хітин, глікоген тощо.

Клітинна стінка захищає внутрішній вміст клітини та підтримує її форму. Через неї здійснюється транспорт води та інших сполук. Ця стінка має багато отворів – пор, через які проходять цитоплазматичні містки до сусідніх клітин.

Надмембранні комплекси тваринних клітин представлені глікокаліксом (рис.3.3).

Рис.3.3 Схема будови глікокаліксу

Цей тоненький шар (у декілька десятків нанометрів завтовшки) складається зі сполук білків і ліпідів з вуглеводами. Глікокалікс забезпечує зв’язок клітини з навколишнім середовищем, через нього клітина сприймає подразники довкілля. Завдяки наявності ферментів, глікокалікс може брати участь у позаклітинному травленні. Крім того, він забезпечує зв’язок між клітинами у багатоклітинних тварин.

До підмембранних комплексів клітин належить цитоскелет, утворений з білкових структур – мікрониток (мікрофіламентів) і мікротрубочок, які виконують опорну функцію. Елементи цитоскелету сприяють закріпленню в певному положенні органел і їхньому переміщенню в клітині (рис.3.4).

Рис.3.4 Схема будови цитоскелета – 1, мікротрубочок – 2, мікрониток – 3.

У клітинах багатьох одноклітинних тварин до підмембранних комплексів належить пелікула, яка складається з особливих структур, розташованих в ущільненому зовнішньому шарі цитоплазми. Пелікула надає міцності оболонці клітини, забезпечуючи відносну сталість її форми.