В 1972 г. С. Д. Сингер (S. Jonathan Singer) и Г. Л. Николсон (Garth L. Nicolson) предложили жидкостно-мозаичную модель строения мембраны. Согласно этой моделибелковые молекулы плавают в жидком липидном бислое, образуя в нем мозаику.
Белки в мембране не образуют сплошной слой на поверхности, а делятся на интегральные (пронизывающие), полуинтегральные (погружённые) и периферические (поверхносные). Периферические белки действительно находятся на поверхности мембраны и связаны с полярными головками мембранных липидов электростатичесткими взаимодействиями, но никогда не образуют сплошной слой.
1 – мембранные белки:
1а – периферические (расположены на поверхности мембраны, отграничивают ее структуру); 1б – погруженные (ферменты); 1в – пронизывающие (поры).
2 – липидный бислой: фосфолипиды, холестерол (барьер между водными средами):
Отграничение содержимого клетки от внешней среды, защита от повреждений.
Разделение внутриклеточной среды на отсеки для протекания метаболических процессов – компартментализация (компартментация).
Избирательный транспорт веществ:
↓
↓
пассивный
по градиенту концентраций, от большей к меньшей, не требует затрат энергии.
активный
против градиента концентраций, от меньшей к большей, сопряжен с потреблением энергии.
1. Диффузия: О2, СО2, Н2О – осмос.
1. Первично-активный транспорт:
энергия затрачивается на перенос данного вещества против градиента концентраций: Na+K+ – насос (выкачивает из клетки Na+, а вкачивает К+, переносчик К-Na-АТФаза).
2. Облегченная диффузия:
А) с участием переносчика: белки-пермеазы связываются с переносимой молекулой и переносят ее по градиенту концентраций (аминокислоты, глюкоза).
Б) по специализированным каналам пропускаются вещества особого вида: Na-каналы, K-каналы, Ca-каналы.
2. Вторично-активный транспорт:
энергия на перенос данного вещества используется за счет механизма переноса другого вещества (глюкоза за счет Na).
3. Меняется архитектура мембраны:
А) эндоцитоз – введение частиц в клетку: фагоцитоз, пиноцитоз.
Б) экзоцитоз – выведение частиц из клетки.
4. Рецепция (связывание) и проведение сигналов в клетку:
гликопротеиды игают роль рецепторов-гормонов (когда определенный гормон связывается со своим рецептором, он изменяет структуру гликопротеида, что приводит к запуску клеточного ответа);
аденилатциклазная система передает сигнал клеткам с помощью гормонов (гормон связывается с рецепторной частью белка → активация аденилатциклазы → синтез из АТФ АМФ → активация или ингибирование ферментов).
Плазматическая мембрана является структурным элементом поверхностного аппарата живой клетки.
Дополнительная информация
Согласно данным, полученным с использованием электронного микроскопа, схему строения основных частей клетки, их оболочек можно представить следующим образом -
Поверхностный аппарат включает три субсистемы: плазматическую мембрану, надмембранный комплекс и субмембранную часть опорно-сократительного аппарата цитоплазмы, к которой относят цитоскелет.
Цитоплазма с органоидами.
Ядерный аппарат, называемый ядром.
Надмембранные структуры поверхностного аппарата
Основное их назначение — осуществление взаимодействия клеток с внешней средой и другими клетками. Однако в процессе эволюции надмембранные структуры стали играть важную роль в реализации различных специфических функций: тургорной, механической, функции «ловушки ионов», структурной организации ферментов и т.д.
Виды надмембранных структур
Собственно надмембранный комплекс
(гликокаликс выполняет рецепторную и специфические функции)
Производные гликокаликса
(сложные надмембранные структуры, например клеточные стенки грибов (хитин))
Субмембранная часть поверхностного аппарата эукариотической клетки играет связующую роль между мембраной, цитоскелетом и основной цитоплазмой. К ней следует отнести периферическую мембранную часть цитоскелета с белками, обеспечивающими связь с мембраной.
Цитоскелет представлен тремя тесно взаимосвязанными, но достаточно различающимися структурами:
системой микрофиламентов (миофибрилл), основу которой составляет белок актина и миозина;
системой микротрубочек из белка тубулина;
системой промежуточных филаментов. Их функции: механохимическая, частично транспортная, а также передача информации от внешней среды на ДНК ядра.