Строение плазматической мембраны клетки. Цитоплазма

Клетка состоит из двух основных частей: цитоплазмы (греч. kytos — клетка + plasma — образование) и ядра (лат. nucleus от пих — орех, сердцевина). На стандартных гистологических препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, отдельные компоненты цитоплазмы обычно различимы не слишком хорошо, но ядро окрашено в интенсивно темно-синий или черный цвет.

Цитоплазма клеток

Самый наружный компонент клетки, отделяющий цитоплазму от окружающей ее внеклеточной среды, — плазматическая мембрана (плазмолемма). Хотя плазматическая мембрана и представляет собой наружную границу клетки, она обеспечивает связь внутреннего содержимого клетки с макромолекулами межклеточного вещества. Плазматическая мембрана содержит белки интегрины, которые связаны как с филаментами цитоскелета цитоплазмы, так и с молекулами межклеточного вещества.

Посредством таких связей происходит постоянное двустороннее взаимодействие между межклеточным веществом и цитоплазмой. В цитоплазме различают матрикс, или цитозоль, в который погружены органеллы, цитоскелет и включения углеводов, липидов и пигментов.

Цитоплазма эукариотических клеток подразделяется на несколько отчетливо выраженных отделов (компартментов) посредством мембран, которые регулируют внутриклеточный поток ионов и молекул. Эти компартменты концентрируют ферменты и соответствующие субстраты, тем самым повышая эффективность деятельности клетки.

Плазматическая мембрана клеток

Все эукариотические клетки покрыты ограничительной мембраной, состоящей из фосфолипидов, холестерола (холестерина), белков и олигосахаридных цепей, ковалентно связанных с фосфолипидами и белковыми молекулами. Клеточная, или плазматическая, мембрана функционирует как избирательный барьер, который регулирует перемещение некоторых веществ в клетку и из нее и облегчает транспорт некоторых молекул.

Одна из важных функций клеточной мембраны — поддержание постоянства внутриклеточной среды, которая отличается от внеклеточной жидкости. Мембраны выполняют также ряд специальных функций распознавания и регуляции (обсуждаются далее), тем самым обеспечивая взаимодействие клетки с ее окружением.

Толщина мембран варьирует от 7,5 до 10 нм, поэтому они видны только под электронным микроскопом. Линия, которая иногда выявляется между соседними клетками под световым микроскопом, образована мембранами двух соседних клеток и внеклеточными молекулами. Эти три компонента в совокупности достигают таких размеров, что становятся видными под световым микроскопом.

плазматическая мембрана клетки

На электронных микрофотографиях обнаруживается, что плазмолемма, как и другие мембраны (например, входящие в состав органелл), после фиксации клеток в четырехокиси осмия имеет трехслойное строение. Поскольку все мембраны имеют сходный вид, эта трехслойная структура была обозначена термином «элементарная биологическая мембрана».

Три слоя, выявляемые под электронным микроскопом, вероятно, образуются в результате отложения восстановленного осмия в области гидрофильных групп, имеющихся на каждой стороне липидного бислоя.

Мембранные фосфолипиды, такие, как фосфатидилхолин (лецитин) и фосфатидилэтаноламин (кефалин), состоят из двух длинных неполярных (гидрофобных) углеводных цепей, связанных с заряженными (гидрофильными) группами головок. Холестерол также является компонентом клеточных мембран. В мембранах фосфолипиды наиболее стабильны, когда они образуют двойной слой, в котором их гидрофобные (неполярные) цепи направлены к центру мембраны, а их гидрофильные (заряженные) головки обращены кнаружи.

Холестерол нарушает плотную упаковку длинных цепей фосфолипидов, благодаря чему мембрана становится более жидкой. Текучесть мембран в клетке контролируется количеством имеющегося холестерола. Липидный состав каждой половины бислоя неодинаков. Например, в красных клетках крови (эритроцитах), фосфатидилхолин и сфингомиелин присутствуют в большем количестве в наружной половине мембраны, тогда как концентрация фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина выше во внутренней половине.

Некоторые липиды, известные как гликолипиды, содержат олигосахаридные цепочки, которые протягиваются кнаружи от поверхности клеточной мембраны и тем самым способствуют асимметрии липидов.

Белки — главные молекулярные компоненты мембран (составляют около 50% массы плазматической мембраны) — можно разделить на две группы. Интегральные белки непосредственно включены в липидный бислой, а периферические белки более слабо связаны с поверхностью мембраны. Непрочно связанные периферические белки можно легко экстрагировать из клеточной мембраны солевыми растворами, тогда как интегральные белки можно выделить только жесткими методами с использованием детергентов. Одни интегральные белки пронизывают мембрану однократно, другие — по нескольку раз, с одной стороны до другой.

Электронно-микроскопические исследования с использованием метода замораживания-скалывания показывают, что многие интегральные белки в мембране имеют вид глобулярных молекул, погруженных среди молекул липидов. Некоторые из этих белков лишь частично погружены в липидный бислой, так что они могут выступать с наружной или внутренней поверхности.

Другие белки достаточно крупные и пронизывают два липидных слоя, выступая с обеих поверхностей мембраны (трансмембранные белки). Углеводные части гликопротеинов и гликолипидов выступают с наружной поверхности плазматической мембраны; они входят в состав особых молекул, известных как рецепторы, которые участвуют в таких важных взаимодействиях, как клеточная адгезия, распознавание и реакция на белковые гормоны. Как и в случае с липидами, распределение мембранных белков различно на обеих поверхностях клеточных мембран. Поэтому все мембраны в клетке являются асимметричными.

Интеграция белков в липидном бислое служит результатом главным образом гидрофобных взаимодействий между липидами и неполярными аминокислотами, присутствующими в наружной оболочке интегральных белков. Некоторые интегральные белки жестко не связаны с определенным местом и способны перемещаться в плоскости клеточной мембраны. Однако в отличие от липидов большинство мембранных белков ограничены в отношении латеральной диффузии вследствие их прикрепления к компонентам цитоскелета.

В большей части эпителиальных клеток латеральной диффузии трансмембранных белков и даже диффузии мембранных липидов наружного листка препятствуют плотные соединения.

Мозаичное распределение мембранных белков, в сочетании с текучей природой липидного бислоя, является той основой, на которой сформулирована жидкостно-мозаичная модель структуры мембраны. Мембранные белки синтезируются в гранулярной эндоплазматической сети (грЭПС), образование их молекул завершается в аппарате Гольджи, далее они транспортируются в пузырьках к поверхности клетки.

- Читать далее "Что такое гликокаликс, эндоцитоз, экзоцитоз, жидкофазный пиноцитоз?"

Оглавление темы "Строение клетки":
  1. Строение плазматической мембраны клетки. Цитоплазма
  2. Что такое гликокаликс, эндоцитоз, экзоцитоз, жидкофазный пиноцитоз?
  3. Рецепторно-опосредованный эндоцитоз: механизмы
  4. Фагоцитоз и экзоцитоз: механизмы
  5. Взаимодействие клеток. Восприятие (рецепция) сигналов
  6. Строение, функции митохондрий
  7. Строение, функции рибосомы
  8. Строение, функции гранулярной эндоплазматической сети
  9. Строение, функции агранулярной эндоплазматической сети - SER - smooth endoplasmic reticulum
  10. Строение, функции комплекса Гольджи - аппарата Гольджи

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: