Підручник з Біології. 9 клас. Задорожний - Нова програма

10. Структура клітини. Клітинні мембрани

Повторіть матеріал попередньої теми й поясніть, які органічні речовини становлять основу біологічних мембран. Пригадайте, які властивості притаманні ліпідам. Яких ліпідів у клітинних мембранах найбільше?

Клітинні мембрани

Клітинні мембрани — це структури, які оточують клітину й формують усередині неї ряд органел. Це так звані мембранні органели — ядро, мітохондрії, вакуолі тощо. Мембрани утворені двома шарами ліпідів, у яких розташовані молекули білків. Білки й ліпіди мембран часто можуть приєднувати до себе молекули вуглеводів, утворюючи глікопротеїди і гліколіпіди (мал. 10.1). Унаслідок рідиноподібності ліпідів, що утворюють мембрану, занурені в ліпідний шар протеїни є досить рухливими. Тому модель, яка описує будову мембрани, називають рідинно-мозаїчною.

Функції мембран

Найважливішими функціями біологічних мембран є бар’єрна, рецепторна й транспортна. Мембрани є бар’єрами з вибірковою проникністю, які регулюють обмін речовин між клітиною й навколишнім середовищем, а також між окремими компонентами всередині клітини. Бар’єрні функції мембран виконують, у першу чергу, ліпіди. Саме вони утворюють основу біологічної мембрани.

Рецепторну функцію виконує надмембранний комплекс. І в першу чергу, це глікопротеїди, які утворюють структури, що розташовані на поверхні мембрани.

Мембрани відіграють важливу роль в обміні речовин між клітиною та навколишнім середовищем і забезпечують міжклітинні взаємодії. Саме вони передають сигнали із зовнішнього середовища всередину клітин.

Мал. 10.1. Будова клітинної мембрани

Мембрани виконують також структурну, захисну й ферментативну функції. Вони надають клітинам певної форми, захищають їх від пошкоджень і об’єднують окремі клітини тканин в одне ціле. Ферменти, які розташовуються на поверхні мембран, забезпечують виконання ферментативної функції. Наприклад, під час травлення в кишечнику людини.

Транспорт речовин через мембрани

Транспортна функція мембран є надзвичайно важливою для життєдіяльності клітини. Найбільше значення для її здійснення мають білки. Вони можуть утворювати в мембрані наскрізні канали або транспортувати деякі речовини у зв’язаному вигляді, утворюючи з ними тимчасові сполуки.

Транспортування речовин через мембрану може відбуватися або без витрат енергії клітинами (пасивний транспорт), або з витратами (активний транспорт). Пасивний транспорт здійснюється із зони з високою концентрацією речовини в зону з її низькою концентрацією. А активний транспорт, навпаки, — із зони з низькою концентрацією в зону з високою концентрацією.

Через мембрану транспортуються як великі, так і малі молекули речовин. Переміщення малих молекул відбувається за допомогою простої дифузії, полегшеної дифузії, активного транспорту, а великих — завдяки екто- та ендоцитозу.

Пасивний транспорт

Шляхом простої дифузії здійснюється тільки пасивний транспорт речовин (кисень, вуглекислий газ). А шляхом полегшеної дифузії може здійснюватися як пасивний, так і активний транспорт. Полегшена дифузія може здійснюватися через спеціальні канали, розташовані всередині великих молекул білка. Її можуть здійснювати також спеціальні білки-переносники. Так транспортуються малі органічні молекули (глюкоза, деякі амінокислоти тощо).

Мал. 10.2. Транспорт речовин через мембрану

Надзвичайно важливим для клітин є транспорт молекул води через мембрани. Його особливістю є те, що переносити через мембрану треба тільки молекули води, перешкоджаючи перенесенню розчинених у ній речовин. Цей процес здійснюють спеціальні мембранні білки аквапорини (мал. 10.2).

Активний транспорт

Активний транспорт через клітинну мембрану здійснюється з допомогою спеціальних білкових комплексів або у формі екзо- чи ендоцитозу. Так переміщуються йони та великі молекули, для яких мембрана є непроникною.

Мембранний транспорт до клітини називається ендоцитозом. Мембранний транспорт із клітини — екзоцитозом (мал. 10.3). Транспорт твердих частинок — це фагоцитоз, а транспорт рідких речовин і крапель — піноцитоз.

Прикладом активного транспорту речовин через мембрану клітини є робота натрій-калієвого насосу. Клітині для нормального функціонування необхідно підтримувати певне співвідношення йонів Na+ і К+ у її цитоплазмі та позаклітинному середовищі.

Перенесення йонів Na+ і К+ здійснюється білком, який розташований у клітинній мембрані. Цей білок перекачує йони Na+ з клітини, йони К+ — у клітину. Перенесення цих йонів відбувається із зони з низькою концентрацією йонів у зону з високою їх концентрацією (йонів К+ більше в клітині, а йонів Na+ — поза клітиною). Для здійснення цього процесу використовується енергія молекул АТФ.

Мал. 10.3. Схема екзо- та ендоцитозу

Мал. 10.4. Схема роботи натрій-калієвого насосу

За один цикл роботи насос викачує з клітини 3Na+ та закачує 2К+(мал. 10.4). Тому на зовнішньому боці мембрани накопичується надлишок позитивних йонів. Це створює різницю потенціалів між зовнішнім і внутрішнім боками мембрани. Цю різницю як джерело енергії використовують багато інших білкових комплексів для переносу різних речовин через мембрану.

Клітинні мембрани — це структури, які оточують клітину й формують усередині неї ряд органел. До їхнього складу входять ліпіди, білки й вуглеводи. Ліпіди утворюють подвійний шар. У кожному із шарів гідрофільні частини ліпідних молекул орієнтовані назовні, а гідрофобні — всередину. Білкові комплекси у складі мембрани можуть пронизувати її наскрізь. Вони можуть розміщуватися також і в межах одного шару ліпідів або навіть зовні від мембрани. Склад зовнішнього і внутрішнього шарів ліпідів може відрізнятися. Основними функціями мембран є бар’єрна, транспортна й рецепторна.

Перевірте свої знання

1. Що таке мембрана? Які об’єкти вона оточує? 2. Яку будову має клітинна мембрана? 3. Які речовини входять до складу мембран? 4. Які функції виконують клітинні мембрани? 5. Чому деякі речовини не можуть проникати через мембрану шляхом простої дифузії? 6*. Які властивості фосфоліпідів зумовили те, що вони стали основою клітинних мембран? 7*. Чому для різних речовин клітини використовують різні механізми їх транспорту через мембрану?