Функції плазмолеми
1. Транспорт речовин.
Незважаючи на те, що товщина плазмолеми сягає до 10 нм, вона є бар’єром для проникнення полярних молекул (глюкоза, амінокислоти), оскільки неполярні ліпіди мембрани відштовхують ці речовини. Отже, плазмолема володіє вибірковою проникливістю.
Транспорт через плазмолему забезпечує:
підтримку в клітині відповідного рН і відповідної іонної концентрації, необхідної для роботи клітинних ферментів;
постачання поживних речовин, які служать джерелом енергії, а також "сировиною" для утворення клітинних компонентів;
виведення з клітини токсичних продуктів метаболізму;
секрецію різних корисних речовин;
створення іонних градієнтів, які необхідні для нервової і м’язової активності.
Існує чотири основних механізми для поступання речовин в клітину чи виходу з неї:
Дифузія.
Осмос.
Активний транспорт.
Транспорт у мембранному упакуванні.
Рис. 3. Види транспорту речовин через плазмолему клітини.
1 – проста дифузія; 2 – полегшена дифузія; 3 – дифузія за допомогою молекули-переносника; 4 – активний транспорт.
Дифузія - це пасивний транспорт речовин, тобто транспорт, який відбувається без затрат енергії клітиною.
Через плазмолему швидко дифундують гази (кисень, вуглекислий газ), незаряджені і ліпофільні молекули, рухаючись за дифузним градієнтом, тобто з області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією. Повільно дифундують через плазмолему іони і малі полярні молекули (амінокислоти, глюкоза, жирні кислоти, гліцерол).
При полегшеній дифузії речовин проходить через плазмолему за допомогою специфічної молекули, у якої може бути особливий канал, що пропускає речовини тільки одного типу (наприклад, поступання глюкози в еритроцити).
Осмос - це проходження води через вибірково проникливу мембрану, що зумовлено дифузією окремих молекул води і рухом води через особливі пори в мембрані (пасивний транспорт).
Оскільки концентрація будь-якого водного розчину залежить від кількості розчиненої речовини у воді, то вода прагне перейти з більш розведеного розчину у більш концентрований.
Осмотичний рух води залежить від двох факторів:
від загальної концентрації всіх розчинених у воді частинок по обидві сторони мембрани;
від тиску, що створює кожен розчин.
Активний транспорт - це переміщення речовин проти градієнту концентрації - речовини переходять при цьому з тої області, де їх концентрація нижча, туди де вона і без того вже висока. При цьому клітина затрачає енергію АТФ.
Відомо, що концентрація іонів К+ в середині клітини є більша, ніж позаклітинній рідині, а концентрація іонів Nа+ - навпаки. Прикладом такого транспорту може бути вже вивчений механізм Na+/K+-помпи. Ця помпа відпомповує іони Nа+ з клітини і напомповує іони К+, використовуючи енергію АТФ.
Про фізіологічне значення помпи свідчить той факт, що більше третини АТФ, що споживається клітиною в стані спокою, витрачається на перепомпування натрію і калію.
Це є необхідно:
для збереження клітинного об’єму (осморегуляція);
для підтримки електричної активності в нервових і м’язових клітинах;
для активного транспорту деяких інших речовин (цукрів, амінокислот).
високі концентрації калію необхідні також для білкового синтезу, гліколізу, фотосинтезу і ін.
Nа+/К+-помпа - це особливий білок, що локалізується в мембрані пронизуючи її. З внутрішньої сторони мембрани до неї поступає натрій і АТФ, а зовні - калій. Перенесення натрію і калію через мембрану здійснюється, як вважають, в результаті конформаційних змін цього білка. Білок діє і як АТФаза, каталізуючи гідроліз АТФ з вивільненням енергії, яка і приводить у рух помпу.
При цьому, на кожні два поглинуті іони калію з клітини виводиться три іони натрію.
Внаслідок цього вміст клітини стає більш негативним по відношенню до зовнішнього середовища, а між двома сторонами мембрани виникає різниця потенціалів.
Натрій, який відпомпували з клітини звичайно пасивно дифундує назад в клітину. Але мембрана є мало проникна для натрію, тому ця дифузія у зворотному напрямку йде дуже повільно.
Для іонів калію мембрана приблизно в 100 разів більш проникна, ніж для натрію, відповідно і дифундує калій набагато швидше.
Цікаво, що одна з форм ожиріння організму пов’язана з пониженим вмістом в мембранах молекул-переносників, що виконують роль Nа+-помпи. Оскільки системи активного транспорту витрачають при цьому менше енергії, організму для забезпечення його життєдіяльності потрібно менше їжі і її надлишок перетворюється в жир.
Транспорт у мембранному упакуванні характерний тим, що речовини, які переносяться через плазмолемму, звичайно оточені мембраною.
Ендоцитоз і екзоцитоз - це два активні процеси, за допомогою яких різні речовини (матеріали) транспортуються через мембрану або в клітину (ендоцитоз), або з клітини (екзоцитоз).
1 2
Рис. 4. Транспорт у мембранному упакуванні.
1 – ендоцитоз; 2 – екзоцитоз.
При ендоцитозі матеріал, який перебуває в позаклітинному просторі, будучи охопленим складками плазмолеми, потрапляє в клітину у вигляді ендоцитозного міхурця, або ендосоми.
Розрізняють два види ендоцитозу:
фагоцитоз – захоплювання і поглинання великих (до 1 мкм) і щільних частинок;
піноцитоз – втягування оточених плазмолемою рідин і розчинених речовин.
Рецепторно-опосередкований ендоцитоз – значно ефективніший, тому що він опосередкований рецепторами, які зв’язуються з молекулами фагоцитованого об’єкта – лігандами. Після поглинення речовини комплекс рецептор-ліганд розщеплюється, і рецептори можуть знову повертатися в плазмолему.
Приклад, фагоцитоз лейкоцитом мікроба: на плазмолемі лейкоцита є рецептори до імуноглобулінів (антитіла), якщо поверхня мікробів вкрита антитілами-опсонінами (opson – від грец. – приправа), то швидкість фагоцитозу різко зростає.
Екзоцитоз - процес, зворотній ендоцитозу – при якому мембранні екзоцитозні міхурці зливаються з плазмолемою, а вміст мембранного міхурця виділяється в навколишнє середовище.
Трансцитоз – процес, за якого на одній поверхні клітини формується ендоцитозний міхурець, який переноситься на протилежну поверхню клітини як екзоцитозний і виділяє свій вміст у позаклітинний простір.
Трансцитоз характерний для клітин із периферійною тонкою плазмолемою (ендотеліоцити), які вистилають дрібні кровоносні судини – в цих клітинах міхурці, зливаючись, можуть утворювати тимчасові трансцелюлярні канали, через які транспортуються водорозчинні речовини.
2. Рецепторна функція плазмолеми полягає у здійсненні сприйняття клітиною хімічних сигналів з її мікроточення, що реалізується за участю спеціальних складних рецепторних білків плазмолеми, які містять вуглеводний компонент.
Вона здійснюється шляхом:
розпізнавання даною клітиною інших клітин і прикріплення до них;
розпізнавання міжклітинної речовини і прикріплення до її елементів (базальної мембрани, волокон сполучної тканини);
взаємодії з сигнальними молекулами (гормонами, медіаторами);
забезпечення різних таксисів;
рецепторна функція лежить в основі явища запліднення, руху клітин, відповіді на гормональні впливи.
3. Структурна функція полягає у тому, що мембрани формують властивості мембранних органоїдів.
4. Захисна функція полягає у здатності мембрани, як захисного молекулярного бар’єру, здійснювати регуляцію процесів транспорту речовин в різних напрямках, відділяти цитоплазму від зовнішнього середовища.
5. Компартменталізація – це здатність мембрани розділяти клітину на компартменти, даючи можливість здійснюватись в одній клітині різним біохімічним реакціям і запобюігати змішування утворених речовин.
6. Мембрана, як основа, на якій протікають багато біохімічних процесів (біосинтез білка).
7. Мембрана відіграє важливу роль в енергетичних процесах, передачі нервових імпульсів, мембранного потенціалу.