- Взаимодействие клетки с внешней средой и окружающими клетками осуществляется посредством поверхностного аппарата. Его основные функции определяются пограничным положением и включают:
- 1) барьерную (разграничительную) функцию;
- 2) функцию распознавания других клеток и компонентов межклеточного вещества;
3)рецепторную функцию, включая взаимодействие с сигнальными молекулами (гормоны, медиаторы и т.п.);
- 4)транспортную функцию;
- 5)функцию движения клетки посредством образования псевдо-, фило- и ламеллоподий).
- Поверхностный аппарат клетки состоит из плазмолеммы (плазматической мембраны), надмембранного и подмембранного комплексов.
Плазмолемма (плазматическая мембрана).Образована в основном белками и липидами в количественном соотношении примерно 1:1 (у прокариот в плазматической мембране преобладают белки). Первая так называемая «бутербродная» модель организации плазмолеммы предложена в 1935 году Дж. Даниэли и Г. Дэвсоном (рис. 4).
Согласно этой умозрительной по происхождению модели, основу плазмолеммы составляет двойной слой липидных молекул (билипидный слой). Последние обращены друг к другу гидрофобными участками («хвостами»), а внутрь и наружу – гидрофильными «головками» молекул.
Эти внутренняя и наружная поверхности билипидного слоя покрыты слоями белковых молекул.
|
Ультраструктурные исследования с помощью электронного микроскопа в середине 50-х годов подтвердили модель Даниэли и Дэвсона: в клетках была выявлена трёхслойная мембрана толщиной 7,5 – 11 нм, состоящая из среднего светлого слоя и двух периферических тёмных (электронно-плотных) слоёв. Светлый слой соответствовал гидрофобной части билипидного слоя, а тёмный слой – сплошным поверхностным слоям белка и гидрофильным головкам липидных молекул.
Многочисленные электронно-микроскопические исследования конца 50-х и начала 60-х годов ХХ века свидетельствовали в пользу универсальности трёхслойной организации биологических мембран, что нашло отражение в «теории унитарной биологической мембраны» Дж. Робертсона. Однако к концу 60-х годов накопилось достаточное количество фактов, необъяснимых с позиций «бутербродной модели», что повлекло разработку новых моделей мембран, в том числе таких, которые основывались на существовании гидрофобно-гидрофильных взаимодействий между липидными и белковыми молекулами. Среди них – модель «липопротеинового коврика» и жидкостно-мозаичная модель С.Зингера и Г.Николсона (рис. 5). Согласно последней, в состав мембраны входят белки двух разновидно-
|
стей: периферические и интегральные. Периферические белки связаны электростатическими взаимодействиями с полярными головками липидных молекул, но никогда не образуют сплошного слоя.
Основную роль в организации мембраны играют глобулярные белки, которые погружены в мембрану частично (полуинтегральные белки).Эти белки перемещаются в жидкой липидной фазе, обеспечивая динамичность и лабильность всей системы мембраны.
К настоящему времени модель Зингера-Николсона получила многочисленные обоснования и стала наиболее распространённой.
Мембранные липиды. Основные физико-химические свойства мембраны обеспечиваетбилипидный слой (липидный бислой), который представлен главным образом фосфолипидами, состоящими из гидрофильной (полярной) головки и гидрофобного (неполярного) хвоста.
Гидрофобные цепи обращены внутрь, а гидрофильные головки – наружу. Наиболее распространённые из фосфолипидов – фосфоглицериды и сфинголипиды, в т.ч. гликолипиды.
Последние сосредоточены преимущественно в наружном монослое и связаны с олигосахаридными цепями, выступающими за пределы наружной поверхности плазмолеммы, придавая ей асимметричность. Гликолипидам отводится важная роль в рецепторной функции плазмолеммы.
В состав большинства мембран входит также стероидный липид холестерол (холестерин). Количество холестерола варьирует, и этим в значительной мере определяется жидкостность мембраны: чем больше холестерола, тем выше жидкостность.
Степень жидкостности мембраны зависит также от соотношения насыщенных и ненасыщенных остатков жирных кислот в липидных молекулах: чем больше в мембране остатков ненасыщенных жирных кислот, тем выше степень её жидкостности. Последняя оказывает влияние на активность мембранных ферментов.
Мембранные белки.
В отличие от липидов, во многом определяющих барьерные свойства мембран, белки обеспечивают выполнение важнейших клеточных функций: регулируемого транспорта веществ, рецепции, структурной организации, регуляции метаболизма и др.
Белковые молекулы мозаично распределены в липидном бислое и могут перемещаться в его толще. Перемещение молекул белков контролируется, скорее всего, клеткой. В механизмах перемещения принимают участие микрофиламенты, прикреплённые к некоторым интегральным белкам.
По расположению относительно билипидного слоя мембранные белки разделяются на интегральныеи периферические. Периферические белки локализованы вне билипидного слоя и непрочно связаны с поверхностью мембраны.
Интегральные белки прочно связаны с липидами и в отличие от легко экстрагируемых периферических белков не выделяются из мембраны без разрушения билипидного слоя. Интегральные белки, погружённые в мембрану полностью, называются собственно интегральными белками.
Те из них, которые пронизывают мембрану насквозь, получили название трансмембранных белков. Полуинтегральные белки характеризуются частичным погружением в билипидный слой. Взаимодействия между молекулами белков и липидов различной природы (ионные, гидрофобные, дипольные, дисперсионные и др.
) обеспечивают устойчивость плазматической мембраны. Молекулы мембранных белков могут связываться с молекулами олигосахаридов, образуя гликопротеины, которые располагаются также и за пределами наружной поверхности плазмолеммы. Другая часть белков (липопротеины) имеет боковые липидные цепи.
Молекулы олигосахаридов могут соединяться с липидами, образуя гликолипиды. Углеводные части гликопротеинов и гликолипидов, придающие поверхности клетки отрицательный заряд,образуют основу гликокаликса.
Последний в виде рыхлого слоя умеренной электронной плотности покрывает наружную поверхность плазмолеммы. Углеводные участки гликокаликса обеспечивают распознавание соседних клеток и межклеточного вещества, а также адгезивные взаимодействия с ними.
В состав гликокаликса входят также ферменты, рецепторы гормонов и рецепторы гистосовместимости. Мембранные рецепторы представляют собой преимущественно гликопротеины, обладающие способностью высокоспецифической связи с лигандами.
Мембранные рецепторы могут регулировать поступление некоторых молекул в клетку, регулировать проницаемость плазмолеммы, превращать внешние сигналы во внутриклеточные, а также связывать молекулы межклеточного матрикса с цитоскелетом. Некоторые авторы относят к гликокаликсу также полуинтегральные белки, функциональные участки которых находятся в надмембранной зоне. Слой гликокаликса представляет собой надмембранный комплекс поверхностного аппарата клетки.
Подмембранный комплекс образован периферическим (кортикальным) слоем цитоплазмы и содержащимися в нём элементами цитоскелета клетки, включающего актиновые микрофиламенты, а также расположенные более глубоко промежуточные филаменты и микротрубочки. Сокращения сети микрофиламентов, связанных с белками плазмолеммы, способствуют как формированию псевдоподий и выростов цитоплазмы, так и перемещению клетки в пространстве.
Особого внимания заслуживает транспортная функция поверхностного аппарата клетки, которая обеспечивает непрерывность взаимосвязанных потоков вещества, энергии и информации в клетке.
Различаютпассивныйиактивный транспортвеществ.Пассивный транспорт включает процессы, не требующие затрат энергии,например, простую и облегчённую диффузию. Перенос мелких молекул (O2, H2O, CO2 и др.) осуществляется механизмами простой диффузии, скорость кото-
рой пропорциональна градиенту концентрации транспортируемых молекул по обе стороны плазмолеммы.
Небольшие по размеру молекулы водорастворимых веществ, а также ионы транспортируются посредством механизмов облегченной диффузии, включающих также осмотические процессы, по градиенту концентрации через каналы и ионные поры.
Последние образуются трансмембранными белками, претерпевающими обратимые изменения конформации, которые могут функционировать в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.
Активный транспорт происходит с затратой энергии и обеспечивает перенос молекул (ионов) с помощью белков-переносчиков против градиента концентрации (электрохимического градиента).
В качестве примера активного транспорта можно привести натриево-калиевый насос, включающий белок-переносчик Na+ и К+, а также АТФазу. Он осуществляет вывод ионов Na+ из цитоплазмы за пределы клетки и перенос ионов К+ внутрь клетки.
Активный транспорт обеспечивает также поступление в клетку глюкозы.
Транспорт в мембранной упаковке включает эндоцитоз (перенос веществ в клетку) и экзоцитоз (перенос веществ из клетки). Эндоцитоз заключается в образовании при контакте с клеткой какого-либо пригодного для поглощения субстрата эндоцитозного пузырька, который отшнуровывается от плазмолеммы и поступает в клетку, сливаясь затем с лизосомой.
Разновидностями эндоцитоза являются фагоцитоз и пиноцитоз (рис. 6). При фагоцитозе пузырёк формируется путём обволакивания короткими отростками клетки фагоцитируемой частицы диаметром ≥ 1 мкм.
В этом процессе участвуют, кроме поверхностного аппарата клетки, также поверхностный (подмембранный) слой цитоплазмы.
Формирование пиноцитозного пузырька вокруг частицы или капельки жидкости размером менее 0,2 – 0,3 мкм (макропиноцитоз) или менее 100 нм (микропиноцитоз) происходит без перемещения периферического слоя цитоплазмы (рис. 7).
В процессе микропиноцитоза, не требующем затрат энергии и осуществляемом плазмолеммой, не участвует подмембранный слой цитоплазмы. При значительном понижении температуры процесс микропиноцитоза прекращается из-за уменьшения жидкостности (увеличения вязкости) плазмолеммы.
Особой разновидностью эндоцитоза является эндоцитоз, опосредованный рецепторами (рецепторно-опосредованный эндоцитоз), впервые открытый в начале 80-х гг. ХХ века. Он протекает за считанные секун- ды или минуты и обеспечивает поступление в клетку разнообразных сое- динений (материнские иммуноглобулины, гормоны белковой природы,
липопротеины, железосодержащие белки и т.п.), для каждого из которых
|
|
имеются специфические рецепторы. Рецепторами служат гликопротеины, обладающие свойством собираться в кластеры в определённых участках плазмолеммы – ямках.
Рецепторы временно связываются либо непосредственно с молекулами поглощаемого вещества, либо с так называемыми лигандами – молекулами, локализующимися на поверхности фагоцитируемого объекта.
После поглощения вещества комплексы «рецептор-лиганд» расщепляются, а рецепторы могут возвращаться в плазматическую мембрану.
Типичным примером рецепторно-опосредованного фагоцитоза может служить поглощение бактерии лейкоцитом: если поверхность бактерии покрыта антителами (опсонинами), то образуются их временные связи с рецепторами к иммуноглобулинам (антителам), содержащимися в плазмолемме лейкоцита, что обусловливает резкое возрастание скорости фагоцитоза.
Обратный эндоцитозу процесс назван экзоцитозом. Экзоцитозные пузырьки приближаются к плазмолемме и сливаются с ней своей мембраной (последняя встраивается в плазмолемму). После этого содержимое пузырька (синтезированные и транспортируемые через цитоплазму вещества, конечные продукты обмена веществ) выделяется за пределы клетки.
Перенос веществ через цитоплазму клетки, при котором эндоцитозный пузырёк без каких-либо существенных изменений становится у противоположного полюса клетки экзоцитозным пузырьком, называется трансцитозом. Очень активно протекает он, например, в клетках, образующих стенки капилляров (эндотелиоцитах).
Сходное с плазмолеммой (плазматической мембраной) строение имеютмембраны цитоплазматического и ядерного аппаратов клетки, толщина которых колеблется в пределах 5-10 нм, но чаще всего оказывается меньше таковой плазматической мембраны. Они образуют мембранные органоиды и разделяют клетку на отсеки (компартменты), предназначенные для определённых метаболических путей.
Широкое распространение мембранных структур в клетке и универсальность их строения послужили основанием для введения понятия«элементарная биологическая мембрана». Элементарной биологической мембране принадлежит важнейшая роль в структурной организации клетки.
Биологические мембраны выполняют в клетке следующие основные функции:
1)барьерную, обеспечивая селективный, регулируемый, пассивный и активный обмен веществ; 2)матричную, определяя взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, что обеспечивает их оптимальное взаимодействие (например, оптимальное взаимодействие мембранных ферментов); 3)формообразующую (для мембранных органоидов); 4)механическую, обеспечивая прочность и автономность клеточных структур; 5)энергетическую (синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий); 6) функцию генерации и проведения биопотенциалов и многие другие функции. На огромную роль мембран в жизненных процессах клеток указывает и общая площадь всех биологических мембран: в организме человека она, например, достигает десятков тысяч квадратных метров.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
Поверхностный аппарат клетки. Строение и функции. Биологические мембраны. Их строение и функции. Транспорт веществ: активный и пассивный
- Поверхностный аппарат клеток состоит из 3 субсистем – плазматической мембраны, надмембранного комплекса (гликокаликс или клеточная стенка) и субмембранного опорно-сократительного аппарата .
- Его основные функции определяются пограничным положением и включают:
- 1) барьерную (разграничительную) функцию;
- 2) функцию распознавания других клеток и компонентов межклеточного вещества;
- 3) рецепторную функцию, включая взаимодействие с сигнальными молекулами
- 4) транспортную функцию;
- 5) функцию движения клетки посредством образования псевдо-, фило- и ламеллоподий).
Биологические мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов.
Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую пленку, покрывающую всю клетку
Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки).
Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки.
Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.
Функции биологических мембран следующие:
· Барьерная. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.
· Транспортная. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.
· Рецепторная. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).
- · Стабилизирующая.
- · Регуляторная.
- Транспорт веществ:
Поступление веществ через мембрану зависит от размеров вещества.
Малые молекулы проходят путем активного и пассивного транспорта, перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования мембранных пузырьков эндоцитозом и экзоцитозом.
Пассивный транспорт- (без энергии) диффузия по градиенту концентрации облегчённая диффузия через канал в мембране, образованный белками. Активный транспорт- (затрата энергии АТФ) при участии белков переносчиков против градиента концентрации.
Эндоцитоз — это транспорт макромолекул через плазмолемму. Соответственно агрегатному состоянию поглощаемого вещества выделяют пиноцитоз (захват и транспорт клеткой жидкости или растворенных в жидкости соединений) и фагоцитоз (захват и транспорт твердых частиц). Фагоцитоз и пиноцитоз также относятся к активному транспорту.
Фагоцитоз – поглощение клеткой твердых органических веществ. Оказавшись около клетки, твердая частица окружается выростами мембраны, или под ней образуется углубления мембраны. В результате частица оказывается заключенной в мембранный пузырек – фагосому – внутри клетки.
Фагоцитоз свойствен простейшим, кишечнополостным, лейкоцитам, а также клеткам капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников.
Пиноцитоз– это процесс поглощения клеткой мелких капель жидкости с растворенными в ней высокомолекулярными веществами. Осуществляется путем захвата этих капель выростами цитоплазмы. Захваченные капли погружаются в цитоплазму и там усваиваются. Явление пиноцитоза свойственно животным клеткам и одноклеточным простейшим.
Лекция 4. Поверхностный аппарат клеток
-
1. Общая характеристика поверхностного
аппарата - 2. Рецепторы мембран
- 3. Транспорт веществ через мембраны
- 4. Межклеточные контакты
1. Общая характеристика поверхностного аппарата
Поверхностный аппарат клеток состоит
из плазматической мембраны, надмембранного
комплекса и субмембранного
опорно-сократительного аппарата.
Плазматическая мембрана
Плазматическая мембрана(клеточная
мембрана, цитоплазматическая мембрана,
плазмалемма) – это биологическая
мембрана, отделяющая цитоплазму клетки
от наружной среды или от клеточной
стенки (оболочки). Функции плазмалеммы
многообразны:барьерная, транспортная,
энерготрансформирующая,
информационно-сигнальная.
Основным свойством плазмалеммы является
ее избирательная проницаемость.
Известны три основные модели мембран:
бутербродная модель, модель плетеного
коврика и жидкостно-мозаичную модель.
Бутербродная модельбыла названа
элементарной мембраной. Элементарная
мембрана состоит из двух слоев
фосфолипидов, а снаружи и изнутри покрыта
мономолекулярными белковыми слоями.
Толщина элементарной мембраны 7,5 нм.
Такая структура термодинамически
неустойчива.
В чистом виде элементарные
мембраны не встречаются, но они входят
в состав миелиновых оболочек аксонов,
оболочек эвгленовых водорослей и
некоторых других клеток.
Согласно модели липопротеинового
плетеного коврика, мембрана образована
переплетением липидных и белковых
комплексов. Эта модель нединамична и
реализуется только в некоторых участках
мембран, в области расположения сложных
комплексов (K-Na-АТФазы,
холинрецептивные белки).
Наиболее универсальной является
жидкостно-мозаичная липопротеиновая
модель мембраны, которую разработали
Сингер и Николсон. Толщина такой мембраны
составляет 5-10 нм.
Согласно жидкостно-мозаичной, или
жидкокристаллической модели, основу
мембран составляет фосфолипидный
бислой. Гидрофильные глицерофосфатные
части молекул фосфолипидов находятся
на внешних поверхностях бислоя.
Гидрофобные углеводородные части
молекул фосфолипидов направлены вовнутрь
бислоя. Структура бислоя поддерживается
за счет поверхностного натяжения; связи
между молекулами фосфолипидов называются
гидрофобными.
Отдельные блоки бислоя
способны перемещаться относительно
друг друга во всех направлениях.
Итак, основным компонентом биологических
мембран являются фософолипиды,
представленные несколькими группами
липидов. У всех клеток (за редчайшим
исключением) в состав мембран входят
фосфодиацилглицерины. Это сложные
эфиры, молекулы которых состоят из
остатка глицерина, двух остатков жирных
кислот, остатка фосфорной кислоты и
азотистого основания.
Молекула
фосфодиацилглицерина состоит из
гидрофильной фосфоглицериновой головки
(включающей и азотистое основание) и
гидрофобных углеводородных хвостов.
Существует несколько классов
фосфодиацилглицеринов: лецитины
(содержат азотистое основание холин),
кефалины (в качестве азотистого основания
содержат аминокислоту серин) и другие.
Кроме фосфодиацилглицеринов, в состав
животных клеток входит особая группа
фосфолипидов – сфингомиелины.
Кроме фосфолипидов в состав мембран
входят гликолипиды и стероиды (например,
холестерин). Конкретный липидный состав
мембран зависит от таксономической
принадлежности организмов, от тканевой
принадлежности клеток и от их
физиологического состояния, а также от
условий обитания организмов.
Белки мембран представлены простыми
белками, гликопротеинами, липопротеинами,
металлопротеинами и другими сложными
белками. Выделяют три основных типа
белков: периферические (гидрофильные,
расположены на поверхности мембран),
интегральные (гидрофобные, расположены
в толще бислоя) и политопические (со
смешанными свойствами, пронизывают
мембрану насквозь).
Белковые молекулы образуют непостоянные
соединения между собой и небелковыми
группами. В ходе химических взаимодействий
конформация белков и их свойства
существенно изменяются.
Углеводы в составе мембран обычно
представлены гликопротеинами и
гликолипидами. Основная часть углеводов
плазмалеммы расположена на ее внешней
стороне и образует особую структуру –
гликокаликс.
Надмембранные структуры
Надмембранные структуры разнообразны
по структуре и функциям.
Например, у грамотрицательных бактерий
поверх плазмалеммы располагается
толстый и жесткий муреиновый слой, а
далее следуют более тонкие слои
разнообразной химической природы. У
многих видов имеется слизистая капсула
из полисахаридов. В такой сложной
клеточной стенке содержатся разнообразные
вещества, в том числе, и ферменты.
У грамположительных бактерий муреиновый
слой более тонкий, но поверх него
располагается дополнительная наружная
липопротеиновая мембрана. Между
плазмалеммой и наружной мембраной лежит
периплазматическое пространство,
содержащее большое количество ферментов.
У всех эукариотических клеток имеется
обязательный надмембранный комплекс
– гликокаликс, в состав которого
входят периферические белки мембраны,
углеводные компоненты гликолипидов и
гликопротеинов плазмалеммы, а также
отдельные части (домены) полуинтегральных
белков.
Основная функция гликокаликса
– рецепторная. Дополнительные функции
разнообразны. Например, у эритроцитов
гликокаликс (за счет гликопротеина
гликофорина) заряжен отрицательно, что
препятствует их агглютинации.
Синаптические
щели в химических синапсах заполнены
гликокаликсом контактирующих клеток;
это делает возможной долговременную
память. В почечных канальцах гликокаликс
выполняет роль фильтра при образовании
первичной мочи.
Гликокаликс микроворсинок
кишечного эпителия содержит ферментативные
комплексы, с помощью которых осуществляется
пристеночное пищеварение.
Кроме гликокаликса в состав надмембранных
структур входят клеточные стенки
растений и грибов, а также внеклеточные
структуры животных.
Субмембранная система клетки
Субмембранная система клетки –
специализированная периферическая
часть цитоплазмы (в животных клетках
она называется эктоплазма). Здесь
практически отсутствуют органоиды. В
эктоплазме сосредоточены ферментные
системы трансмембранного транспорта,
гликолиза. Эктоплазма обладает повышенной
вязкостью. В эктоплазме располагается
опорно-сократимая система.
Опорные (скелетные) фибриллярные
структуры представлены промежуточными
филаментами толщиной около 10 нм.
Промежуточные филаменты образованы
разнообразными белками: прекератин,
виментин, десмин и другие.
Сократимые структуры образованы
микрофиламентами (в их состав входят:
актин, миозин, –миозин,
тропомиозин) и микротрубочками (которые
на 80 % состоят из–
и–тубулина, кроме
того обнаруживаются динеин и другие
белки).
Соотношение между микрофиламентами
и микротрубочками непостоянно: например,
в микроворсинках клеток кишечного
эпителия преобладают актиновые
микрофиламенты, а в субмембранных
структурах клеток ресничного эпителия
преобладают тубулин–динеиновые
микротрубочки.
У инфузорий в равной
степени представлены и микрофиламенты,
и микротрубочки.
В специализированных клетках элементы
опорно-сократительного аппарата носят
исторически сложившиеся названия,
например, в нейронах выделяют нейротрубочки
и нейрофиламенты, а периферический слой
цитоплазмы называется аксоплазма.
§ 11. Поверхностный аппарат клетки
Основными химическими соединениями цитоплазматической мембраны являются липиды и белки. Липиды составляют около 40% массы мембран, среди них преобладают фосфолипиды. Молекулы фосфолипидов располагаются в виде двойного слоя, причём их гидрофильные головки обращены к наружной и внутренней сторонам мембраны, а гидрофобные хвосты – внутрь мембраны.
В состав мембран также входят белки двух типов: интегральные и периферические. Интегральные белки более или менее глубоко погружены в мембрану, или пронизывают её насквозь. Периферические белки располагаются на внешней и внутренней поверхностях мембраны, многие из них обеспечивают взаимодействие плазмалеммы с надмембранными и внутриклеточными структурами.
На внешней поверхности плазмалеммы могут располагаться молекулы олиго- и полисахаридов. Они ковалентно связываются с мембранными липидами и белками, образуя гликолипиды и гликопротеины.
Плазмалемма выполняет барьерную, рецепторную и транспортную функции, а также функцию узнавания других клеток.
Цитоплазматическая мембрана окружает цитоплазму, физически отделяя клетку от внеклеточной среды. Кроме того, плазмалемма ограничивает поступление в клетку и выведение из нее определенных химических веществ. Таким образом, цитоплазматическая мембрана выполняет барьерную функцию.
Еще одной функцией плазмалеммы является рецепторная. Она обусловлена тем, что некоторые мембранные белки являются рецепторами. Когда молекула определенного вещества связывается с таким белком, он изменяет свою пространственную конфигурацию.
Это обеспечивает передачу сигнала из внеклеточной среды в клетку и приводит к изменению протекания определенных внутриклеточных процессов. Так, существуют мембранные рецепторы для гормонов и нейромедиаторов.
Взаимодействие рецепторов с химическими веществами обеспечивает также распознавание вкусов (например, рецепторными клетками вкусовых почек языка человека) и запахов (обонятельными рецепторами эпителия носовой полости).
Изменение пространственной структуры мембранных белков может происходить не только под действием определенных веществ, но и в результате влияния тех или иных физических факторов. Так, молекулы зрительных рецепторных белков палочек и колбочек сетчатки глаза реагируют на свет, существуют термочувствительные белки-рецепторы и т. п.
Плазмалемма также выполняет функцию узнавания других клеток. Над наружной поверхностью цитоплазматической мембраны, как антенны, выступают разветвленные и линейные молекулы углеводов.
Они соединены ковалентными связями с мембранными белками и липидами, образуя гликопротеины и гликолипиды. Эти молекулы у разных типов клеток имеют специфические различия и являются маркерами, позволяющими опознать клетку.
С их помощью клетки узнают друг друга и взаимодействуют (например, сперматозоид и яйцеклетка), правильно ориентируются и связываются между собой при формировании тканей и органов.
Одной из важнейших функций плазмалеммы является транспортная. Транспорт через плазмалемму обеспечивает доставку веществ, необходимых клетке, и удаление из нее конечных продуктов обмена. Благодаря транспортной функции цитоплазматической мембраны также осуществляется секреция клетками различных биологически активных веществ.
Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану может осуществляться за счет диффузии, активного транспорта и транспорта в мембранной упаковке.
Молекулы воды перемещаются через мембрану из второго раствора (с концентрацией глюкозы 0,1%) в первый (с концентрацией глюкозы 1%). Это явление называется осмосом.
Фагоцитоз и пиноцитоз — это два типа эндоцитоза. В обоих процессах идет поглощение, только при фагоцитозе — твердых частиц, а при пиноцитозе — жидкости с растворенными в ней веществами.
В клетках животных внешняя поверхность плазмалеммы покрыта гликокаликсом. Это тонкий слой, образованный молекулами углеводов, которые связаны с мембранными белками и липидами. Гликокаликс защищает цитоплазматическую мембрану от повреждений, участвует в осуществлении рецепторной функции плазмалеммы и функции узнавания клеткой других клеток.
Надмембранный комплекс клеток бактерий, грибов, растений и многих водорослей представлен жесткой клеточной стенкой. Она придает клеткам механическую прочность, поддерживает их форму и защищает содержимое.
Кроме того, клеточная стенка предохраняет клетки от разрыва при поступлении в них воды путем осмоса. Клеточные стенки растений и ряда водорослей в основном состоят из целлюлозы, грибов — из хитина.
У некоторых бактерий снаружи от клеточной стенки имеется слизистая капсула, защищающая клетку от высыхания и других неблагоприятных факторов.
Транспорт веществ в клетку может осуществляться за счет диффузии, активного транспорта и транспорта в мембранной упаковке.
Все виды диффузии обеспечивают транспорт веществ из области их более высокой концентрации в область низкой. Перенос происходит без затрат энергии, поэтому диффузию относят к пассивному транспорту. За счет диффузии транспортируются только небольшие молекулы или ионы.
Перемещение низкомолекулярных веществ, в том числе ионов, через плазмалемму из области низкой концентрации в область более высокой обеспечивает активный транспорт. При этом затрачивается энергия.
Макромолекулы (белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты), а также пищевые частицы транспортируются в мембранной упаковке. Так же как и активный транспорт, процесс этранспорта в мембранной упаковке происходит с затратами энергии.
Если бы в состав цитоплазматической мембраны не входили белки, то она не смогла бы выполнять рецепторную функцию (т.к.
главная роль в выполнении этой функции принадлежит белкам), каталитическую функцию (ферменты – вещества белковой природы), не осуществлялись бы процессы канальцевой и облегчённой диффузии (их обеспечивают белки, формирующие мембранные каналы, и белки-переносчики соответственно), активного транспорта (мембранные насосы — белки).
Методическая разработка урока в 10 классе по теме "Строение клеток эукариот
- «Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат»
- урок биологии в 10 классе
- Цели:
- Расширить знания учащихся о строении и функциях плазматической мембраны;
- установить взаимосвязь между строением и функциями плазматической мембраны;
Задачи:
- Способствовать развитию общеучебных и общебиологических навыков: наблюдения, обобщения и формулирования выводов;
- Продолжить формирование навыков анализа, синтеза, сравнения, установления причинно-следственных связей
- Способствовать развитию творческой активности и познавательного интереса учащихся; Продолжать развитие умения слушать и анализировать ответы одноклассников
- Развивать навыки работать с дополнительной литературой и выполнять задания;
- Отрабатывать навыки коллективной работы в группе
- Воспитывать дух соревнования, коллективизма, точность и быстроту ответов; осуществлять эстетическое воспитание.
- .
- Тип урока: Коизучение нового материала;
- Методы обучения: репродуктивный, объяснительно-иллюстративный, поисковый, проблемный.
- Организация деятельности учащихся:
- фронтальная беседа;
- обсуждение;
- работа в группах
- сравнение и сопоставление;
- работа с «слепыми» рисунками;
- связь с другими разделами биологии ( зоология, анатомия и т.д.)
Педагогические технологии: элементы
- Групповой
- Проблемного обучения
- Компьютерной технология
- игровой и педагогики сотрудничества
- Оборудование: компьютер, проектор (презентация)
- раздаточный материал с заданиями
- дополнительная литература
- демонстрационный опыт
- Ход урока
- I. Организационный момент
У нас с вами сегодня непростой урок, нам предстоит плодотворная работав группах для выяснения ряда жизненных, важных, проблемных вопросов. Поэтому убрали лишнее (на парте рабочие тетради и учебники) и настроились на работу.
II. Повторение материала. Актуализация знаний (постановка проблемы)
- -С каким уровнем организации мы с вами познакомились?
- – На какой уровень перешли?
- – Нам с вами предстоит на протяжении нескольких уроков совершать путешествие в микроскопический мир клетки.
- – Но прежде, чем мы начнем наше путешествие я вам предлагаю БЛИЦ-ТУРНИР
- Вещество обеспечивающие объем и упругость клеток (вода)
- Вещество является основным источником энергии (углеводы)
- Вещество участвует в образовании внутренней среды организма (вода)
- Вещество выполняющее запасающую функцию в клетки (липиды)
- Мономеры липидов (глицерин, житные кислоты)
- Мономеры белков (аминокислоты)
- Что образовывается с помощью пептидных связей (1-ая структура белка)
- Какая структура белка является наиболее устойчивой (1-ая)
- Процесс нарушения природной структуры белковой молекулы называется (денатурацией)
- Масла – это органические вещества какой природы (липиды, растит. происхождения, сод ненасыщен жирн. кислоты)
- Какие органические вещества выполняют в клетке регуляторную, транспортную, структурную функции (белки)
- В каких растворителях растворяются липиды (спирт, эфир)
- Все химические реакции в клетке протекают при участии каких веществ (ферменты- белки)
- Мономером каких веществ являются нуклеотиды (нуклеиновые кислоты0
- Элементарная, живая система, способная к саморегуляции, самообновлению, самовоспроизведению (клетка)
- Кто первым ввел понятие «клетка» (Р. Гук)
- Кто является создателем клеточной теории (Шванн, Шлейдон)
- Какую поправку в клеточную теорию внес Вирхов (Всякая клетка от клетки)
– Молодцы!
– Внимание на экран! Что изображено на рисунке?
- – Что общего между разными клетками живых организмов?
- – Мы с вами в каждом разделе биологии рассматривали строение и функционирование различных клеток
- – ВЫВОД: несмотря на большое разнообразие клеток каждая из них имеет в своем строении три компонента: клеточная оболочка, цитоплазма, ядро.
-Если вспомнить из курса ботаники: поглощение воды из почвы; из зоологии: поглощение органических веществ одноклеточными организмами; Процессы газообмена на клеточном уровне (альвеола – капилляр); Эритроцит в растворе с различной концентрацией солей. Все эти процессы с каким компонентом клетки связаны?
– А вот теперь мы с вами можем постепенно погружаться в клетку и 1-ая задача выяснить:
1) Строение и функции цитоплазматической мембраны и их связь
2) Возникает проблема – Потребуются ли эти знания в жизни? Как практически применить эти знания?
– В рабочих тетрадях записываем число, тема урока «Поверхностный аппарат клетки»
по ходу нашей работы нам предстоит в тетрадях заполнять таблицу «Строение клетки»
- Изучение нового материала
- История открытия мембраны(группа)
Когда стало возможным рассмотреть строение мембраны?
Найдите, какие были первые представления о клеточной мембране.
Такая модель мембраны, похожая на сэндвич, была предложена американскими учеными Даниели и Давсоном в 1935 году. С появлением электронного микроскопа она была подтверждена и несколько видоизменена.
В настоящее время принята жидкостно-мозаичная модель мембраны, согласно которой белковые молекулы, плавающие в жидком липидном бислое, образуют в нем своеобразную мозаику.
Схема этой современной модели, предложенной в 1972 году Сингером и Николсоном,
- Строение мембраны (группа)
– билипидный слой, белки (поверхностные белки — гликопротеины — комплекс белка и гликозильного компонента (разветвлённой олигосахаридной цепи) — рецепторная функция; погружённые белки — ферменты, переносчики электронов, преобразователи энергии; трансмембранные белки — образуют каналы или поры, через которые в клетку и из клетки проникают полярные молекулы и т.д.)
- -гликокаликс (углеводный комплекс)
- (слайд таблица)
- схематичный рисунок (слайд)
- – Мы с вами знакомились с строением и функциями этих органических веществ.
- -как вы думаете будут ли они влиять на функции мембраны?
- Функции мембраны (группа)
Барьерная, контактна, рецепторная, транспортная
- Отделяет клеточное содержимое от внешней среды.(Защитная)
- Регулирует обмен между клеткой и внешней средой
- Делит клетки на отсеки.
- На мембране некоторых органоидов происходят химические реакции.
- На мембране располагаются рецепторные участки для распознавания внешних стимулов, поступающих из окружающей среды или из другой части самого организма.
– С какой функцией мембраны связаны процессы о которых мы вспоминали в начале урока??? (транспортной), но так как в состав мембраны входят липиды, белки – то транспорт избирательный!
Транспорт веществ важен по ряду причин:
- Поддержание соответствующего Рн
- Поддержание определенной концентрации
- Поступление веществ является источником энергии
- Выведение токсичных отходов, секреция полезных веществ
- Создание ионных градиентов необходимых для нервной и мышечной активности
Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или выхода из клетки наружу:
пассивный транспорт, который идет по градиенту концентраций (без затрат энергии)
- диффузия Диффузия – это движение молекул или ионов из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией по градиенту.
- перенос мелких молекул(газов, воды)
- облегченная диффузия
- осмос Осмос – это движение растворителя из области высокой концентрации в область более низкой концентрации (подвядание листьев, внесение избытка удобрений в цветы, при борьбе с сорняками, когда междурядья поливают поваренной солью)
активный транспорт, который идет против градиента концентрации (с затратами энергии)
- Экзоцитоз (это движение веществ из клетки) и Эндоцитоз (это движение веществ в клетку).
- эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз)
- экзоцитоз
- натриево-калиевый насос (ионы Na выводятся из цитоплазмы, ионы К переносятся в нее)
- II. Закрепление материала
Мы познакомились с строением и функциями плазмалеммы. Какие выводы можем сделать о значимости этого компонента для клетки в целом???
- Оболочка клетки имеет жидкостно-мозаичное строение. Функциональные особенности ее определяются ее химическим составом и структурой.
Таким образом, цитоплазматическая мембрана выполняет следующие основные функции
- Ограничивает и защищает клетку от воздействия окружающей среды;
- Регулирует обмен веществ и энергии между клеткой и внешней средой;
- Обеспечивает связь между клетками в тканях многоклеточного организма;
- Выполняет рецепторную функцию;
Мембрана имеется у всех живых клеток Важное условие существования клетки, а значит и жизни – целостность биологической мембраны ; она обеспечивает важные жизненные процессы – обмен веществ; саморегуляция; гомеостаз; связь с другими клетками.
Как практически применить полученные знания о строении и функциях клеточной мембраны? Потребуются ли они в жизни?” (опыт с картофелем)
- При получении лекарств (фармакология), в генетике, в селекции, в биотехнологии, в медицине
- Почему клеточная мембрана, обладая избирательной проницаемостью даже для питательных веществ, почти беспрепятственно пропускает спирт этанол?
- Почему неварёный корнеплод свёклы в холодной воде сохраняет свой пигмент, и воду не окрашивает, и та же свёкла, но при варке окрашивает воду в красный цвет.
-Зная состав мембраны мы можем предположить под влиянием каких факторов пойдет ее нарушение (Биологические мембраны повреждаются при воздействии физических (температура) и химических факторов (тяжёлые металлы ртуть, спирт), нарушается их структурная целостность, вплоть до некроза.
Цитологические исследования показали, что старение – результат изменений клеточной структуры. При старении происходит: а) снижение фагоцитарной активности и соответствующее обезвреживание частиц; б) изменение фосфолипидного состава плазматических мембран.
Продлить молодость клетки могут соблюдение правил здорового образа жизни).
Составит синквейн
V. Подведение итогов.
два студента оперировали жабу. Для предупреждения высыхания они замочили внутренние органы в 9% – растворе соли. Внутренние органы сморщились, и жаба погибла. Какую ошибку допустили студенты?
Загрузка...
