Клетъчна мембрана (плазмена мембрана) — определение, структура и функции

Клетъчната мембрана е тънък, гъвкав и динамичен слой, който обгръща всяка жива клетка. Понякога се нарича плазмена мембрана или цитоплазмена мембрана. Нейната основна задача е да отделя вътрешността на клетката от външната среда и да поддържа подходящи условия за протичане на вътреклетъчните процеси. Във всички клетки клетъчната мембрана отделя цитоплазмата от заобикалящата я среда; вижте също клетките.

Структура

Клетъчната мембрана е изградена предимно от липиди и белтъци, подредени в т.нар. липиден двоен слой (липиден бислой). Основните компоненти са:

• Фосфолипиди — образуват двойния слой, при който хидрофилните (полярни) „глави“ са обърнати към вътрешността и външността на клетката, а хидрофобните „опашки“ са обърнати една към друга.
• Холестерол — при животните регулира течливостта и стабилността на мембраната; неговото количество влияе върху плътността и пропускливостта.
• Мембранни белтъци — интегрални (проникват през слоя) и периферни (свързани с повърхността). Те изпълняват функции на транспорт, рецепция, ензимна активност и структурна връзка със скелета на клетката.
• Въглехидрати (гликопротеини и гликолипиди) — оформят гликокаликса на външната повърхност и участват в клетъчното разпознаване и адхезия.

Моделът, който най-добре описва тази организация, е моделът на „течно-шахматната дъска“ (fluid mosaic model): компонентите са подвижни в равнината на мембраната, което позволява гъвкавост и динамика.

Функции

Клетъчната мембрана изпълнява множество жизненоважни роли:

• Бариера и селективна пропускливост — контролира кои вещества влизат и излизат от клетката; пропускат се малки неполярни молекули лесно, докато полярни и големи молекули изискват специализирани транспортни белтъци.
• Транспорт — пасивен транспорт (дифузия, улеснена дифузия) и активен транспорт (изисква енергия, например помпи за йони), а също и транспортиране чрез везикули (ендоцитоза и екзоцитоза).
• Рецепция и клетъчна сигнализация — мембранните рецептори приемат химични сигнали (хормони, невротрансмитери) и предават информация към вътрешността на клетката.
• Клетъчно разпознаване и адхезия — гликопротеините и други молекули на повърхността позволяват на клетките да се разпознават, свързват и формират тъкани.
• Поддържане на мембранен потенциал — нееднаквото разпределение на йони (например Na+, K+) създава електрохимични градиенти, важни за нервната проводимост и свиването на мускулите.
• Структурна роля — в сътрудничество с външните структури (например клетъчната стена при растения, гъби и бактерии) и вътреклетъчното скеле поддържа форма и механична здравина.

Разлики между клетки

При животинските клетки плазмената мембрана е основната външна бариера. При бактериите, гъбите и растенията мембраната съществува заедно с по-здрава и често по-пореста клетъчната стена, която осигурява допълнителна опора и защита и ограничава преминаването на някои големи молекули. При прокариотите липидният състав и наличието на допълнителни структури (напр. липополизахариди при грам-отрицателни бактерии) правят мембраните им различни по свойства от тези на еукариотите.

Практическо и медицинско значение

Клетъчната мембрана е цел на много лекарства и токсини — например медикаменти, които блокират специфични канали или рецептори, антибиотици, които атакуват мембранни компоненти при бактерии, и вируси, които използват мембранни рецептори за влизане в клетката. Нарушения в мембранната функция могат да доведат до болести, свързани с транспорт на йони, обмен на липиди или сигнални пътища.

Кратко обобщение

Клетъчната мембрана е многофункционална структура: тя осигурява бариера и контрол върху обмена на вещества, участва в комуникацията между клетките, поддържа електрохимични градиенти и осигурява механична и функционална интеграция със съседните клетки и околната среда. Нейната сложна композиция — фосфолипиди, холестерол, протеини и въглехидрати — прави възможни всички тези функции.

Структура

Мембраната е съставена от тънък слой, наречен "фосфолипиден бислой". Той се състои от два слоя фосфолипидни молекули с фосфатни глави на повърхността и липидни (маслени) опашки отвътре. Външните глави се смесват с водата, а опашките я отхвърлят.

Към клетъчната мембрана могат да се добавят други протеини и липиди. Чрез тези промени клетката може да регулира това, което внася или изнася. Някои белтъци винаги са залепени в нея, те се наричат интегрални мембранни белтъци. Има и такива, които само понякога се залепват върху нея. Те се наричат периферни мембранни протеини. Външният слой, който защитава вътрешната клетка.

 
Фосфолипидният бислой  

Функция

Мембраната е селективно пропусклива. Тя е активна и регулира (настройва) какво влиза и какво излиза от клетката. Движението на веществата през мембраната може да бъде пасивно, което се осъществява без влагане на клетъчна енергия, или активно, изискващо енергия.

Протеини в мембраната

Протеините в мембраната са от ключово значение за нейното функциониране. Тези белтъци пренасят през мембраната главно химикали и информация.

Мембраната съдържа много протеини. Повърхностните протеини могат да действат като порти. Те пропускат някои химикали в клетката и позволяват на други химикали да я напуснат. Смята се, че до една трета от човешкия протеом може да са мембранни протеини. Някои от тези белтъци са свързани с външната част на клетъчната мембрана. Пример за това е белтъкът CD59, който идентифицира клетките като "собствени" и по този начин възпрепятства унищожаването им от имунната система.

 
Изображение от трансмисионен електронен микроскоп (ТЕМ) на липидна везикула. Двете тъмни ивици по ръба са двете листенца на бислоя. В миналото подобни изображения са потвърждавали, че клетъчната мембрана е двуслойна  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява клетъчната мембрана?

В: Какво прави клетъчната мембрана?

В: Имат ли животинските клетки нещо друго освен мембрана?

В: Бактериите, гъбите и растенията имат ли нещо друго освен клетъчна мембрана?

В: По какво се различава клетъчната стена от клетъчната мембрана?

В: Какви молекули се блокират от клетъчната стена?

Търсене по буква