§ 11. Поверхностный аппарат клетки

1. Из каких химических соединений состоит цитоплазматическая мембрана? Каково строение плазмалеммы?

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.

2. Перечислите и поясните основные функции плазмалеммы.

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.

3. Какими способами может осуществляться транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану?

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану может осуществляться за счет диффузии, активного транспорта и транспорта в мембранной упаковке. 

4. Два раствора глюкозы разделены мембраной, не пропускающей молекулы глюкозы, но пропускающей воду. Концентрация глюкозы в первом растворе — 1 %, во втором — 0,1 %. Что происходит с молекулами воды? Как называется это явление?

Молекулы воды перемещаются через мембрану из второго раствора (с концентрацией глюкозы 0,1%) в первый (с концентрацией глюкозы 1%). Это явление называется осмосом.

5. Чем отличаются процессы фагоцитоза и пиноцитоза? В чем проявляется сходство этих процессов?

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.

6. Каковы функции и особенности состава надмембранного комплекса у клеток разных организмов?

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. 

7. Сравните различные типы транспорта веществ в клетку. Укажите черты их сходства и различия.

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.

8. Какие функции не смогла бы выполнять цитоплазматическая мембрана, если бы в ее состав не входили белки? Ответ обоснуйте.

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).