Функції клітинної мембрани

Усі клітинні мембрани є рухливими текучими структурами, оскільки молекули ліпідів і білків не пов’язані між собою ковалентними зв’язками і здатні досить швидко переміщатися в площини мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, тобто мають плинність.

Мембрани — структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після ушкодження, а також розтягуються і стискаються при клітинних рухах.

Плазматична мембрана дозволяє потрапляти до клітини певним молекулам та іонам, наприклад, глюкозі, амінокислотам і ліпідам. Це напіврідкий шар молекул, зокрема протеїнів і фосфоліпідів, деякі з яких постійно рухаються, надаючи мембрані рухливості. Завдяки тому, що клітинна мембрана вибірково проникна до певних речовин, таких як іони, та може регулювати свою проникність завдяки роботі різних рецепторів та іонних каналів, клітинна мембрана має різницю заряду між внутрішньою та зовнішньою сторонами. Створюється мембранний потенціал спокою (різниця потенціалів між зовнішньою та внутрішньою сторонами мембрани в умовах, коли клітина не збуджена) (мал. 5), що відмінний від нуля у всіх живих клітинах. Зміна мембранного потенціалу є основою функціонування нервових та інших збудливих клітин.

Малюнок 5. Схема формування мембранного потенціалу спокою Отже, цитоплазматична мембрана виконує наступні функції:

Захисна. Мембрана обмежує цитоплазму від міжклітинного простору, а більшість клітинних органоїдів — від цитоплазми. Захищає від проникнення сторонніх речовин, підтримує гомеостаз клітини.

Формування гідрофобної зони. Гідрофобна зона є основним бар'єром, що запобігає проникненню більшості речовин. Ряд найважливих метаболічних процесів перебігає тільки в неполярному середовищі.

Транспортна. Перенесення речовин через біомембрани. Мембрана забезпечує вибіркове переміщення молекул та іонів, створює трансмембранну різницю електричного потенціалу.

Основні типи перенесення речовин:

• 1) пасивний (осмос, проста дифузія, полегшена дифузія);
• 2) активне переміщення речовин проти градієнта концентрацій;
• 3) ендой екзоцитоз.

Утворення органел. Мембранні органели забезпечують одночасний перебіг багатьох різноспрямованих метаболічних процесів.

Утворення міжклітинних контактів. Біомембрани можуть створювати такі види контактів:

• 1) простий контакт (зближення мембран клітин на відстань 15−20 нм);
• 2) щільний замикаючий контакт, непроникний для макромолекул та іонів (злиття ділянок плазмолеми сусідніх клітин);
• 3) десмосоми (ділянки ущільнення між клітинами, що утворюють механічні зв’язки);
• 4) щілинний контакт;
• 5) синаптичний контакт (нервові клітини). Контакти важливі для взаємодії клітин і утворення тканин

Компартментація клітини. Система внутрішніх мембран розділяє вміст клітини на відсіки (компартменти) за допомогою бішару ліпідів. У них зосереджені визначені молекули, необхідні для виконання певних функцій.

Отже, компартментація — це просторове розмежування клітини внутрішніми мембранами на відсіки, що дозволяє здійснювати перебіг багатьох біохімічних реакцій (часто протилежно спрямованих) одночасно і незалежно одна від одної. Усі мембранні органели є внутрішньоклітинними компартментами, яких в еукаріотичній клітині близько половини від загального об'єму.

Внутрішні мембрани еукаріотичної клітини роблять можливою функціональну спеціалізацію різних частин клітини, що є вирішальним фактором у роз'єднанні безлічі процесів, що одночасно проходять у клітині.

Виділяють наступні клітинні компартменти:

• · ядро (внутрішня складова ядра)
• · простір цистерн ендоплазматичної сітки.
• · апарат Гольджі
• · лізосоми
• · мітохондрії (розподілені на два компартменти — матрикс та міжмембраний прострір)
• · хлоропласти (у вищих рослин розподілені на три компартменти — міжмембранний простір, строму та внутршню порожнину тилакоїдів)
• · цитозоль

Ядро містить основну частину спадкового матеріалу і є головним місцем синтезу ДНК і РНК. Цитоплазма, що оточує ядро, складається з цитозолю та розташованих у ньому цитоплазматичних органел. Об'єм цитозолю становить більше половини від загального об'єму клітини. Саме в ньому синтезуються білки і перебігає більшість метаболічних реакцій, в яких одні молекули руйнуються, а інші утворюються, забезпечують необхідні будівельні блоки. Близько половини всіх мембран клітини обмежують схожі на лабіринт порожнини ендоплазматичного ретикулуму (ЕПР). На зверненому до цитозолю боці ЕПР знаходиться багато рибосом. Рибосоми беруть участь у синтезі різних білків, призначених для секреції або для інших органел. В ЕПР також синтезуються ліпіди для клітини. Вважається, що всі цистерни зернистого і гладенького ЕПР зв’язані між собою й утворюють єдиний великий компартмент. Комплекс Гольджі складається з розміщених один над одним сплощених мембранних мішечків, що називаються цистернами Гольджі; він одержує з ЕПР білки, ліпіди і відправляє ці молекули в різні ділянки клітини, піддаючи їх модифікаціям. Мітохондрії і хлоропласти рослинних клітин виробляють велику частину АТФ, що використовується для всіх видів роботи клітини. Лізосоми містять ферменти, що руйнують органели, а також частки і молекули, поглинені клітиною ззовні шляхом ендоцитозу. Нарешті, пероксисоми беруть участь у процесах нейтралізації пероксиду водню та інших токсичних метаболітів.

Рецепторна. Наявність у мембрані різноманітних рецепторів, що сприймають хімічні сигнали від гормонів, медіаторів та інших біологічно активних речовин, зумовлює здатність змінювати метаболічну активність клітини.