Будова клітинної мембрани коротка. Клітинна мембрана: визначення, функції мембран, фізичні властивості

Основна структурна одиниця живого організму – клітина, що є диференційованою ділянкою цитоплазми, оточеною клітинною мембраною. Зважаючи на те, що клітина виконує безліч найважливіших функцій, таких, як розмноження, харчування, рух, оболонка повинна бути пластичною і щільною.

Історія відкриття та дослідження клітинної мембрани

У 1925 році Гренделем і Гордер був поставлений успішний експеримент з виявлення «тіней» еритроцитів, або порожніх оболонок. Незважаючи на кілька допущених грубих помилок, вченими було зроблено відкриття ліпідного бісла. Їхні праці продовжили Даніеллі, Доусон у 1935 році, Робертсон у 1960 році. Внаслідок багаторічної роботи та накопичення аргументів у 1972 році Сінгер та Ніколсон створили рідинно-мозаїчну модель будови мембрани. Подальші досліди та дослідження підтвердили праці вчених.

Значення

Що ж є клітинна мембрана? Це слово стало використовуватися понад сто років тому, у перекладі з латинського воно означає плівка, шкірка. Так позначають кордон клітини, що є природним бар'єром між внутрішнім вмістом та зовнішнім середовищем. Будова клітинної мембрани передбачає напівпроникність, завдяки якій волога та поживні речовиниі продукти розпаду вільно можуть проходити крізь неї. Цю оболонку можна назвати основною структурною складовою організації клітини.

Розглянемо основні функції клітинної мембрани

1. Поділяє внутрішній вміст клітини та компоненти зовнішнього середовища.

2. Сприяє підтримці постійного хімічного складу клітини.

3. Регулює правильний обмін речовин.

4. Забезпечує взаємозв'язок між клітинами.

5. Розпізнає сигнали.

6. Функція захисту.

"Плазмова оболонка"

Зовнішня клітинна мембрана, звана також плазмовою, є ультрамікроскопічною плівкою, товщина якої становить від п'яти до семи наноміліметрів. Вона складається з переважно білкових сполук, фосфолідів, води. Плівка є еластичною, легко вбирає воду, а також швидко відновлює свою цілісність після пошкоджень.

Відрізняється універсальною будовою. Ця мембрана займає прикордонне становище, бере участь у процесі виборчої проникності, виведення продуктів розпаду, синтезує їх. Взаємозв'язок із «сусідами» та надійний захиствнутрішнього вмісту від пошкодження робить її важливою складовою у такому питанні, як будова клітини. Клітинна мембранатварин організмів іноді виявляється покритою найтоншим шаром - глікокаліксом, до складу якого входять білки та полісахариди. Рослинні клітини зовні від мембрани захищені клітинною стінкою, яка виконує функції опори та підтримки форми. Основний компонент її складу – це клітковина (целюлоза) – полісахарид, не розчинний у воді.

Таким чином, зовнішня клітинна мембрана виконує функцію відновлення, захисту та взаємодії з іншими клітинами.

Будова клітинної мембрани

Товщина цієї рухомої оболонки варіюється в межах від шести до десяти наноміліметрів. Клітинна мембрана клітини має особливий склад, основою якого є ліпідний бислой. Гідрофобні хвости, інертні до води, розміщені з внутрішньої сторони, у той час як гідрофільні головки, що взаємодіють з водою, звернені назовні. Кожен ліпід являє собою фосфоліпід, який є результатом взаємодії таких речовин, як гліцерин та сфінгозин. Ліпідний каркас тісно оточують білки, які розташовані непорушним шаром. Деякі їх занурені в ліпідний шар, інші проходять крізь нього. Внаслідок цього утворюються проникні для води ділянки. Функції, що виконуються цими білками, різні. Деякі їх є ферментами, інші - транспортними білками, які переносять різні речовиниіз зовнішнього середовища на цитоплазму та назад.

Клітинна мембрана наскрізь пронизана і тісно пов'язана інтегральними білками, і з переферичними зв'язок менш міцна. Ці білки виконують важливу функцію, яка полягає в підтримці структури мембрани, отриманні та перетворенні сигналів з довкілля, транспорт речовин, каталізація реакцій, які відбуваються на мембранах.

склад

Основу клітинної мембрани є бімолекулярний шар. Завдяки його безперервності клітина має бар'єрну та механічну властивості. на різних етапахжиттєдіяльності цей бислой може порушитися. Внаслідок цього утворюються структурні дефекти наскрізних гідрофільних пір. У такому разі можуть змінюватися абсолютно всі функції такої складової, як клітинна мембрана. Ядро може постраждати від зовнішніх впливів.

Властивості

Клітинна мембрана клітини має цікаві особливості. Завдяки плинності ця оболонка не є жорсткою структурою, а основна частина білків та ліпідів, що входять до її складу, вільно переміщається на площині мембрани.

Загалом клітинна мембрана асиметрична, тому склад білкових та ліпідних шарів відрізняється. Плазматичні мамбрани у тваринних клітинах зі свого зовнішнього боку мають глікопротеїновий шар, який виконує рецепторні та сигнальні функції, а також відіграє велику роль у процесі об'єднання клітин у тканину. Клітинна мембрана є полярною, тобто на зовнішній сторонізаряд позитивний, і з внутрішньої боку - негативний. Крім всього перерахованого, оболонка клітини має вибіркову проникливість.

Це означає, що крім води в клітину пропускається тільки певна група молекул і іонів речовин, що розчинилися. Концентрація такої речовини, як натрій, у більшості клітин значно нижча, ніж у зовнішньому середовищі. Для іонів калію характерне інше співвідношення: їх кількість у клітині набагато вища, ніж у навколишньому середовищі. У зв'язку з цим іони натрію властиво прагнення проникнути в клітинну оболонку, а іони калію прагнуть звільнитися назовні. За цих обставин мембрана активізує особливу систему, яка виконує «насосну» роль, вирівнюючи концентрацію речовин: іони натрію відкачуються на поверхню клітини, а іони калію накачуються всередину. Ця особливістьвходить у найважливіші функції клітинної мембрани.

Подібне прагнення іонів натрію та калію переміститися всередину з поверхні відіграє велику роль у питанні транспортування цукру та амінокислот у клітину. У процесі активного видалення іонів натрію з клітини мембрана створює умови нових надходжень глюкози і амінокислот всередину. Навпаки, у процесі перенесення іонів калію всередину клітини поповнюється кількість "транспортувальників" продуктів розпаду зсередини клітини у зовнішнє середовище.

Як відбувається харчування клітини через клітинну мембрану?

Багато клітин поглинають речовини за допомогою таких процесів, як фагоцитоз і піноцитоз. При першому варіанті гнучкою зовнішньою мембраною створюється невелике заглиблення, в якому виявляється захоплююча частка. Потім діаметр поглиблення стає більшим, поки оточена частка не потрапить у клітинну цитоплазму. За допомогою фагоцитозу підживлюються деякі найпростіші, наприклад, амеби, а також кров'яні тільця – лейкоцити та фагоцити. Аналогічним чином клітини поглинають рідину, що містить необхідні корисні речовини. Таке явище називається піноцитоз.

Зовнішня мембрана тісно пов'язана з ендоплазматичною мережею клітини.

У багатьох типів основних складових тканини на поверхні мембрани розташовані виступи, складки, мікроворсинки. Рослинні клітини зовні цієї оболонки покриті ще однією, товстою та чітко помітною в мікроскоп. Клітковина, з якої вони складаються, допомагає формувати опору тканин рослинного походження, наприклад, деревину. Клітини тварин також мають низку зовнішніх структур, які знаходяться поверх клітинної мембрани. Вони мають виключно захисний характер, приклад тому - хітин, що міститься в покривних клітинах комах.

Крім клітинної існує внутрішньоклітинна мембрана. Її функція полягає у поділі клітини на кілька спеціалізованих замкнутих відсіків - компартментів або органел, де має підтримуватися певне середовище.

Таким чином, неможливо переоцінити роль такої складової основної одиниці живого організму як клітинна мембрана. Будова та функції передбачають значне розширення загальної площіповерхні клітини; покращення обмінних процесів. До складу цієї молекулярної структури входять білки та ліпіди. Відокремлюючи клітину від довкілля, мембрана забезпечує її цілісність. З її допомогою міжклітинні зв'язкипідтримуються досить міцному рівні, утворюючи тканини. У зв'язку з цим можна дійти невтішного висновку, що з найважливіших ролей у клітині грає клітинна мембрана. Будова та функції, що виконуються нею, радикально відрізняються у різних клітинах, залежно від їх призначення. За допомогою цих особливостей досягається різноманітність фізіологічної активності клітинних оболонок та його ролей існування клітин і тканин.

Клітинна мембрана має досить складну будову, які можна розглянути в електронний мікроскоп. Грубо кажучи, вона складається з подвійного шару ліпідів (жирів), в який у різних місцяхвключені різноманітні пептиди (білки). Загальна товщина мембрани становить близько 5-10 нм.

Загальний планбудови клітинної мембрани універсальний для всього живого світу. Однак мембрани тварин містять включення холестерину, що визначає її жорсткість. Відмінність мембран різних царств організмів переважно стосується надмембранних утворень (шарів). Так у рослин та грибів над мембраною (із зовнішнього боку) знаходиться клітинна стінка. У рослин вона складається переважно з целюлози, а у грибів – з речовини хітину. У тварин надмембранний шар називається гликокаліксом.

Інакше клітинна мембрана називається цитоплазматичною мембраноючи плазматичною мембраною.

Більш глибоке вивчення будови клітинної мембрани відкриває багато її особливостей, пов'язані з виконуваними функціями.

Подвійний шар ліпідів переважно складається з фосфоліпідів. Це жири, один кінець яких містить залишок фосфорної кислоти, що має гідрофільні властивості (тобто притягує молекули води). Другий кінець фосфоліпіду - це ланцюги жирних кислот, що мають гідрофобні властивості (не утворюють з водою водневих зв'язків).

Молекули фосфоліпідів у клітинній мембрані вишиковуються у два ряди так, що їх гідрофобні «кінці» знаходяться всередині, а гідрофільні «головки» – зовні. Виходить досить міцна структура, що захищає вміст клітин від зовнішнього середовища.

Білкові включення в клітинній мембрані розподілені нерівномірно, крім того вони рухливі (оскільки фосфоліпіди в бислое мають бічний рухливістю). З 70-х років XX століття почали говорити про рідинно-мозаїчної будови клітинної мембрани.

Залежно від того, як білок входить до складу мембрани, виділяють три типи білків: інтегральні, напівінтегральні та периферичні. Інтегральні білки проходять через усю товщу мембрани, та його кінці стирчать з обох її сторонам. Здебільшого виконують транспортну функцію. У напівінтегральних білків один кінець знаходиться в товщі мембрани, а другий виходить назовні (із зовнішньої чи внутрішньої) сторони. Виконують ферментативну та рецепторну функції. Периферичні білки знаходяться на зовнішній або внутрішній поверхні мембрани.

Особливості будови клітинної мембрани свідчать, що вона є основним компонентом поверхневого комплексу клітини, але з єдиним. Іншими його компонентами є надмембранний шар та субмембранний шар.

Глікокалікс (надмембранний шар тварин) утворюють олігосахариди та полісахариди, а також периферичні білки та виступаючі частини інтегральних білків. Компоненти глікоколіксу виконують рецепторну функцію.

Крім глікокаліксу у клітин тварин бувають інші надмембранні утворення: слизу, хітин, перилема (подібна до мембрани).

Надмембранним утворенням рослин і грибів є клітинна стінка.

Субмембранний шар клітини - це поверхнева цитоплазма (гіалоплазма) з опорно-скоротливою системою клітини, що входить до неї, фібрили якої взаємодіють з білками, що входять в клітинну мембрану. За такими сполуками молекул передаються різні сигнали.

Клітинна мембрана - це структура, що покриває клітину ззовні. Її також називають цитолема чи плазмолемма.

Дана освіта побудована з біліпідного шару (бішару) з вбудованими в нього білками. Вуглеводи, що входять до складу плазмолеми, знаходяться у зв'язаному стані.

Розподіл основних компонентів плазмолеми виглядає наступним чином: більше половини хімічного складу посідає білки, чверть займають фосфоліпіди, десяту частину – холестерол.

Клітинна мембрана та її види

Мембрана клітини – тонка плівка, основу якої складають пласти ліпопротеїдів та білків.

По локалізації виділяють мембранні органели, що мають деякі особливості в рослинних та тваринних клітинах:

• мітохондрії;
• ядро;
• ендоплазматичний ретикулум;
• комплекс Гольджі;
• лізосоми;
• хлоропласти (у рослинних клітинах).

Також є внутрішня та зовнішня (плазмолема) клітинна мембрана.

Будова клітинної мембрани

Клітинна мембрана містить вуглеводи, що покривають її, у вигляді глікоколіксу. Це надмембранна структура, що виконує бар'єрну функцію. Білки, розташовані тут, перебувають у вільному стані. Незв'язані протеїни беруть участь у ферментативних реакціях, забезпечуючи позаклітинне розщеплення речовин.

Білки цитоплазматичної мембрани представлені глікопротеїном. за хімічного складувиділяють протеїни, включені в ліпідний шар повністю (на всьому протязі) – інтегральні білки. Також периферичні, що не досягають однієї з поверхонь плазмолеми.

Перші функціонують як рецептори, зв'язуючись із нейромедіаторами, гормонами та іншими речовинами. Вставні білки необхідні побудови іонних каналів, якими здійснюється транспорт іонів, гидрофильных субстратів. Другі є ферментами, що каталізують внутрішньоклітинні реакції.

Основні властивості плазматичної мембрани

Ліпідний бислой перешкоджає проникненню води. Ліпіди – гідрофобні сполуки, представлені у клітині фосфоліпідами. Фосфатна група звернена назовні і складається з двох шарів: зовнішнього, направленого у позаклітинне середовище, та внутрішнього, що відмежовує внутрішньоклітинний вміст.

Водорозчинні ділянки звуться гідрофільних головок. Ділянки з жирною кислотою спрямовані всередину клітини у вигляді гідрофобних хвостів. Гідрофобна частина взаємодіє із сусідніми ліпідами, що забезпечує прикріплення їх один до одного. Подвійний шар має вибіркову проникність на різних ділянках.

Так, усередині мембрана непроникна для глюкози та сечовини, тут вільно проходять гідрофобні речовини: діоксид вуглецю, кисень, алкоголь. Важливе значення має холестерол, вміст останнього визначає в'язкість плазмолеми.

Функції зовнішньої мембрани клітини

Характеристики функцій коротко перелічені у таблиці:

Яке значення має клітинна мембрана

Клітинна мембрана бере участь у підтримці гомеостазу за рахунок високої селективності речовин, що надходять і виходять із клітини (у біології це носить назву виборчої проникності).

Вирости плазмолеми поділяють клітину на компартменти (відсіки), відповідальні за виконання певних функцій. Специфічно влаштовані мембрани, що відповідають рідинно-мозаїчної схеми, забезпечують цілісність клітини.

Відмежувальна ( бар'єрна)- відокремлюють клітинний вміст від зовнішнього середовища;

Регулюють обмін між клітиною та середовищем;

Ділять клітини на відсіки, або компартменти, призначені для тих чи інших спеціалізованих метаболічних шляхів ( роздільна);

Є місцем перебігу деяких хімічних реакцій (світлові реакції фотосинтезу в хлоропластах, окисне фосфорилювання при диханні у мітохондріях);

Забезпечують зв'язок між клітинами у тканинах багатоклітинних організмів;

Транспортна- Здійснює трансмембранний транспорт.

Рецепторнає місцем локалізації рецепторних ділянок, що розпізнають зовнішні стимули.

Транспорт речовинчерез мембрану – одна з провідних функцій мембрани, що забезпечує обмін речовин між клітиною та зовнішнім середовищем. Залежно від витрат енергії для перенесення речовин розрізняють:

пасивний транспорт, або полегшена дифузія;

активний (виборчий) транспорт за участю АТФ та ферментів.

транспорт у мембранній упаковці. Виділяють ендоцитоз (у клітину) та екзоцитоз (із клітини) – механізми, що здійснюють транспорт через мембрану великих частинок та макромолекул. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вп'ячування, краї зливаються, і в цитоплазму відшнуровується везикула. Від цитоплазми везикула відмежована одиночною мембраною, яка є частиною зовнішньої цитоплазматичної мембрани. Розрізняють фагоцитоз та піноцитоз. Фагоцитоз - поглинання великих частинок, досить жорстких. Наприклад, фагоцитоз лімфоцитів, найпростіших та ін. Піноцитоз – процес захоплення та поглинання крапельок рідини з розчиненими в ній речовинами.

Екзоцитоз – процес виведення різних речовин із клітини. При екзоцитозі мембрана везикули, або вакуолі зливається із зовнішньою цитоплазматичною мембраною. Вміст везикули виводиться за поверхню клітини, а мембрана входить до складу зовнішньої цитоплазматичної мембрани.

В основі пасивноготранспорту незаряджених молекул лежить різницю концентрацій водню та зарядів, тобто. електрохімічний градієнт. Речовини переміщатимуться з області з більш високим градієнтом до області з нижчим. Швидкість транспорту залежить від різниці градієнтів.

Проста дифузія – транспорт речовин безпосередньо через ліпідний бислой. Характерна для газів, неполярних чи малих незаряджених полярних молекул, розчинних у жирах. Вода швидко проникає крізь бислой, т.к. її молекула мала і електрично нейтральна. Дифузію води через мембрани називають осмосом.

Дифузія через мембранні канали – транспорт заряджених молекул та іонів (Na, K, Ca, Cl), проникаючих через мембрану, завдяки наявності у ній спеціальних каналообразующих білків, формують водяні пори.

Полегшена дифузія – транспорт речовин із допомогою спеціальних транспортних білків. Кожен білок відповідає за певну молекулу або групу споріднених молекул, взаємодіє з нею і переміщає крізь мембрану. Наприклад, цукру, амінокислоти, нуклеотиди та інші полярні молекули.

Активний транспортздійснюється білками – переносниками (АТФ-аза) проти електрохімічного градієнта з витратою енергії. Джерелом її є молекули АТФ. Наприклад, натрій – калієвий насос.

Концентрація калію всередині клітини значно вища, ніж поза нею, а натрію – навпаки. Тому катіони калію та натрію через водяні пори мембрани пасивно дифундують по градієнту концентрації. Це тим, що проникність мембрани для іонів калію вище, ніж іонів натрію. Відповідно калій швидше дифундує із клітини, ніж натрій – у клітину. Однак, для нормальної життєдіяльності клітини необхідне певне співвідношення іонів 3 калію та 2 натрію. Тому в мембрані існує натрій-калієвий насос, що активно перекачує натрій із клітини, а калій у клітину. Цей насос є трансмембранним білок мембрани, здатний до конформаційних перебудов. Тому може приєднувати себе як іони калію, і іони натрію (антипорт). Процес енергоємний:

З внутрішньої сторони мембрани до білка-насоса надходять іони натрію та молекула АТФ, а із зовнішньої – іони калію.

Іони натрію з'єднуються з молекулою білка, і білок набуває АТФ-азної активності, тобто. здатність викликати гідроліз АТФ, який супроводжується виділенням енергії, що приводить у рух насос.

Що звільнився при гідролізі АТФ фосфат приєднується до білка, тобто. фосфорилює білок.

Фосфорилювання викликає конформаційні зміни білка, він виявляється нездатним утримати іони натрію. Вони вивільняються та виходять за межі клітини.

Нова конформація білка сприяє приєднанню до нього іонів калію.

Приєднання іонів калію спричиняє дефосфорилювання білка. Він знову змінює свою конформацію.

Зміна конформації білка призводить до вивільнення іонів калію всередині клітини.

Білок знову готовий приєднувати себе іони натрію.

За один цикл роботи насос викачує з клітини 3 іони натрію і закачує 2 іони калію.

Цитоплазма– обов'язковий компонент клітини, укладений між поверхневим апаратом клітини та ядром. Це складний гетерогенний структурний комплекс, що складається з:

гіалоплазми

органел (постійних компонентів цитоплазми)

включень - тимчасових компонентів цитоплазми.

Цитоплазматичний матрикс(Гіалоплазма) це внутрішній вміст клітини - безбарвний, густий і прозорий колоїдний розчин. Компоненти цитоплазматичного матриксу здійснюють процеси біосинтезу у клітині, містять ферменти, необхідні освіти енергії, переважно з допомогою анаеробного гліколізу.

Основні властивості цитоплазматичного матриксу.

Визначає колоїдні властивості клітини. Разом із внутрішньоклітинними мембранами вакуолярної системи його можна розглядати як високо гетерогенну або багатофазну колоїдну систему.

Забезпечує зміну в'язкості цитоплазми, перехід з гелю (густішого) в золь (рідкіший), яке виникає під дією зовнішніх і внутрішніх факторів.

Забезпечує циклоз, амебоподібний рух, поділ клітини та рух пігменту у хроматофорах.

Визначає полярність розташування внутрішньоклітинних компонентів.

Забезпечує механічні властивостіклітин – еластичність, здатність до злиття, ригідність.

Органели- Постійні клітинні структури, що забезпечують виконання клітиною специфічних функцій. Залежно від особливостей будови розрізняють:

мембранні органоїди – мають мембранну будову. Можуть бути одномембранними (ЕПС, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі рослинних клітин). Двомембранними (мітохондрії, пластиди, ядро).

Немембранні органели - не мають мембранної будови (хромосоми, рибосоми, клітинний центр, цитоскелет).

Органоїди загального призначення – властиві всім клітинам: ядро, мітохондрії, клітинний центр, апарат Гольджі, рибосоми, ЕПС, лізосоми. Якщо органоїди характерні певних типів клітин, їх називають спеціальними органоїдами (наприклад, міофібрили, що скорочують м'язове волокно).

Ендоплазматична мережа– єдина безперервна структура, мембрана якої утворює безліч вп'ячувань і складок, які виглядають як канальці, мікровакуолі та великі цистерни. Мембрани ЕПС, з одного боку, пов'язані з клітинною цитоплазматичною мембраною, а з іншого – із зовнішньою оболонкою ядерної мембрани.

Існує два різновиди ЕПС - шорстка і гладка.

У шорсткої, або гранулярної ЕПС, цистерни та канальці пов'язані з рибосомами. є зовнішньою стороною мембрани. У гладкої, або агранулярної ЕПС, зв'язок з рибосомами відсутній. Це внутрішній бік мембрани.

Клітинна мембранатакож називається плазматичною (або цитоплазматичною) мембраною та плазмалемою. Ця структуране тільки відокремлює внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища, але також входить до складу більшості клітинних органел та ядра, у свою чергу відокремлюючи їх від гіалоплазми (цитозолю) - в'язко-рідкої частини цитоплазми. Домовимося називати цитоплазматичною мембраноюту, що відокремлює вміст клітини від зовнішнього середовища. Іншими термінами позначатимуть усі мембрани.

Будова клітинної мембрани

В основі будови клітинної (біологічної) мембрани лежить подвійний шарліпідів (жирів). Формування такого шару пов'язані з особливостями їх молекул. Ліпіди не розчиняються у воді, а по-своєму у ній конденсуються. Одна частина окремо взятої молекули ліпіду є полярною голівкою (вона притягується водою, тобто гідрофільна), а інша - пару довгих неполярних хвостів (ця частина молекули відштовхується від води, тобто гідрофобна). Така будова молекул змушує їх «ховати» хвости від води та повертати до води свої полярні голівки.

В результаті утворюється подвійний ліпідний шар, в якому неполярні хвости знаходяться всередині (навернені один до одного), а полярні головки звернені назовні (до зовнішнього середовища та цитоплазми). Поверхня такої мембрани гідрофільна, а всередині вона гідрофобна.

У клітинних мембранах серед ліпідів переважають фосфоліпіди (належать до складним ліпідам). Їхні головки містять залишок фосфорної кислоти. Крім фосфоліпідів є гліколіпіди (ліпіди + вуглеводи) та холестерол (належить до стеролів). Останній надає мембрані жорсткості, розміщуючись у її товщі між хвостами інших ліпідів (холестерол повністю гідрофобний).

За рахунок електростатичної взаємодії до заряджених головок ліпідів приєднуються деякі молекули білків, які стають поверхневими мембранними білками. Інші білки взаємодіють із неполярними хвостами, частково занурюються у подвійний шар або пронизують його наскрізь.

Таким чином, клітинна мембрана складається з подвійного шару ліпідів, поверхневих (периферичних), занурених (напівінтегральних) та пронизливих (інтегральних) білків. Крім того, деякі білки та ліпіди із зовнішнього боку мембрани пов'язані з вуглеводними ланцюгами.

Це рідинно-мозаїчна модель будови мембранибула висунута у 70-х роках XX століття. До цього передбачалася бутербродна модель будови, згідно з якою ліпідний бислой знаходиться всередині, а з внутрішньої та зовнішньої сторони мембрана покрита суцільними шарами поверхневих білків. Однак накопичення експериментальних даних спростувало цю гіпотезу.

Товщина мембран у різних клітин становить близько 8 нм. Мембрани (навіть різні сторони однієї) відрізняються між собою за відсотковим співвідношенням різних видівліпідів, білків, ферментативної активності та ін. Якісь мембрани більш рідкі та проникніші, інші більш щільні.

Розриви клітинної мембрани легко зливаються через фізико-хімічні особливості ліпідного бислоя. У площині мембрани ліпіди та білки (якщо вони не закріплені цитоскелетом) переміщаються.

Функції клітинної мембрани

Більшість занурених у клітинну мембрану білків виконують ферментативну функцію (є ферментами). Часто (особливо в мембранах органоїдів клітини) ферменти розташовуються в певній послідовності так, що продукти реакції, що каталізуються одним ферментом, переходять до другого, потім третього і т. д. вздовж ліпідного бішару.

Клітинна мембрана виконує відмежовуючу (бар'єрну) від довкілля і водночас транспортну функції. Можна сказати, це її найголовніше призначення. Цитоплазматична мембрана, володіючи міцністю та вибірковою проникністю, підтримує сталість внутрішнього складу клітини (її гомеостаз та цілісність).

При цьому транспорт речовин відбувається у різний спосіб. Транспорт по градієнту концентрації передбачає пересування речовин з області з їх більшою концентрацією в область з меншою (дифузія). Так, наприклад, дифундують гази (CO 2 , O 2).

Буває також транспорт проти градієнта концентрації, але із витратою енергії.

Транспорт буває пасивним і полегшеним (коли йому допомагає якийсь переносник). Пасивна дифузія через клітинну мембрану можлива для жиророзчинних речовин.

Є спеціальні білки, що роблять мембрани проникними для цукрів та інших водорозчинних речовин. Такі переносники з'єднуються з молекулами, що транспортуються, і протягують їх через мембрану. Так переноситься глюкоза усередину еритроцитів.

Пронизують білки, об'єднуючись, можуть утворювати пору для переміщення деяких речовин через мембрану. Такі переносники не переміщаються, а утворюють у мембрані канал і працюють аналогічно до ферментів, пов'язуючи певну речовину. Перенесення здійснюється завдяки зміні конформації білка, завдяки чому у мембрані утворюються канали. Приклад – натрій-калієвий насос.

Транспортна функція клітинної мембрани еукаріотів також реалізується за рахунок ендоцитозу (і екзоцитозу).Завдяки цим механізмам у клітину (і з неї) потрапляють великі молекули біополімерів, навіть цілі клітини. Ендо- та екзоцитоз характерні не для всіх клітин еукаріотів (у прокаріотів його взагалі немає). Так ендоцитоз спостерігається у найпростіших і нижчих безхребетних; у ссавців лейкоцити та макрофаги поглинають шкідливі речовини та бактерії, тобто ендоцитоз виконує захисну функцію для організму.

Ендоцитоз поділяється на фагоцитоз(цитоплазма обволікає великі частинки) та піноцитоз(Захоплення крапельок рідини з розчиненими в ній речовинами). Механізм цих процесів приблизно однаковий. Поглинаються на поверхні клітин оточуються мембраною. Утворюється бульбашка (фагоцитарна або піноцитарна), яка потім переміщається всередину клітини.

Екзоцитоз - це виведення цитоплазматичної мембраною речовин із клітини (гормонів, полісахаридів, білків, жирів та ін.). Дані речовини полягають у мембранні бульбашки, які підходять до клітинної мембрани. Обидві мембрани зливаються і вміст виявляється поза клітини.

Цитоплазматична мембрана виконує рецепторну функцію.Для цього на її зовнішній стороні знаходяться структури, здатні розпізнавати хімічний або фізичний подразник. Частина білків, що пронизують плазмалемму, з зовнішнього боку з'єднані з полісахаридними ланцюжками (утворюючи глікопротеїди). Це своєрідні молекулярні рецептори, які вловлюють гормони. Коли конкретний гормон зв'язується зі своїми рецептором, то змінює його структуру. Це своє чергу запускає механізм клітинної відповіді. При цьому можуть відкриватися канали, і клітину можуть почати надходити певні речовини або виводитися з неї.

Рецепторна функція клітинних мембран добре вивчена з урахуванням дії гормону інсуліну. При зв'язуванні інсуліну з рецептором-глікопротеїдом відбувається активація каталітичної внутрішньоклітинної частини цього білка (ферменту аденілатциклази). Фермент синтезує із АТФ циклічну АМФ. Вже вона активує чи пригнічує різні ферменти клітинного метаболізму.

Рецепторна функція цитоплазматичної мембрани також включає розпізнавання однотипних сусідніх клітин. Такі клітини прикріплюються одна до одної різними міжклітинними контактами.

У тканинах за допомогою міжклітинних контактівклітини можуть обмінюватися між собою інформацією за допомогою низькомолекулярних речовин, що спеціально синтезуються. Одним із прикладів подібної взаємодії є контактне гальмування, коли клітини припиняють зростання, отримавши інформацію, що вільний простір зайнятий.

Міжклітинні контакти бувають простими (мембрани різних клітин прилягають один до одного), замковими (вп'ячування мембрани однієї клітини в іншу), десмосоми (коли мембрани з'єднані пучками поперечних волокон, що проникають у цитоплазму). Крім того, є варіант міжклітинних контактів за рахунок медіаторів (посередників) – синапсів. Вони сигнал передається як хімічним, а й електричним способом. Синапсами передаються сигнали між нервовими клітинами, а також від нервових до м'язових.