Клеточная мембрана

Клеточная мембрана — это тончайшая оболочка, которая окружает каждую клетку, отделяет её содержимое от межклеточной жидкости и управляет обменом веществ и сигналов между клеткой и окружающей средой. Её толщина составляет около 7–10 нанометров, то есть она в тысячи раз тоньше человеческого волоса.

Наружную мембрану клетки называют также плазматической мембраной, или плазмолеммой. Мембраны похожего строения окружают и многие органеллы внутри клетки — ядро, митохондрии, эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, разделяя её на отсеки с разным составом.

🧱 Как устроена мембрана

Основа мембраны — двойной слой фосфолипидов. У каждой их молекулы есть «головка», которая притягивается к воде, и два жирных «хвоста», которые воды избегают. В водной среде такие молекулы сами выстраиваются в два ряда: головки наружу, хвосты внутрь. Получается тонкая жирная плёнка, непроницаемая для большинства растворённых в воде веществ.

Между фосфолипидами встроены молекулы холестерина, которые регулируют текучесть и прочность мембраны. В липидный слой погружены белки — одни пронизывают его насквозь, другие прикреплены к поверхности. Они могут перемещаться вдоль мембраны, поэтому её строение описывают жидкостно-мозаичной моделью, предложенной в 1972 году.

На наружной поверхности находятся цепочки углеводов, связанные с белками и липидами, — гликокаликс. По нему клетки узнают друг друга, а иммунная система отличает свои клетки от чужих. Группы крови тоже определяются особенностями молекул на поверхности мембраны эритроцитов.

⚙️ Функции мембраны

• Барьерная — отделяет клетку от окружающей среды и поддерживает разницу состава внутри и снаружи.
• Транспортная — избирательно пропускает вещества внутрь и наружу.
• Рецепторная — узнаёт гормоны и другие сигнальные молекулы и передаёт сигнал внутрь клетки.
• Электрическая — создаёт мембранный потенциал, без которого невозможны возбуждение нервов и сокращение мышц.
• Контактная — соединяет клетки между собой в ткани.
• Ферментативная — на мембранах работают многие ферменты, например при пристеночном пищеварении в кишке.

Работа мембраны поддерживает резкую разницу состава: снаружи клетки много натрия и хлора, внутри — калия, белков и фосфатов. От этой разницы зависят объём клетки, проведение нервного импульса и сокращение мышц.

🚪 Как вещества проходят через мембрану

Основные способы транспорта

Главный насос мембраны — натрий-калиевая АТФаза: за один цикл она выкачивает из клетки три иона натрия и закачивает два иона калия, расходуя одну молекулу АТФ (аденозинтрифосфата, универсального источника энергии клетки). Созданный ею градиент натрия используют многие другие переносчики.

📡 Регуляция работы мембраны

Водорастворимые гормоны не проходят через липидный слой и действуют через рецепторы на поверхности. Один из главных способов регуляции — изменение числа транспортных белков. Инсулин заставляет пузырьки с переносчиками глюкозы встраиваться в мембрану клеток мышц и жира, и глюкоза быстрее поступает внутрь. Антидиуретический гормон встраивает водные каналы в мембрану клеток почечных канальцев, и вода возвращается из мочи в кровь.

⚠️ Болезни, связанные с мембраной

• Муковисцидоз — наследственная поломка хлорного канала, из-за которой слизь в бронхах, поджелудочной железе и кишечнике становится густой.
• Холера — токсин бактерии заставляет хлорные каналы клеток кишки работать без остановки, что ведёт к огромной потере воды и солей.
• Семейная гиперхолестеринемия — наследственный дефект рецепторов, захватывающих холестерин из крови.
• Сахарный диабет 2 типа — переносчики глюкозы не попадают на мембрану клеток в нужном количестве.
• Каналопатии — наследственные поломки ионных каналов, лежащие в основе некоторых нарушений ритма сердца, видов эпилепсии и мышечных болезней.

При нехватке кислорода — инфаркте, инсульте, остановке кровообращения — выработка АТФ падает, насосы останавливаются, натрий и вода входят в клетку, и она набухает и повреждается. Поэтому без кислорода особенно быстро гибнут нервные клетки, которым нужно много энергии.