Плазматическая мембрана: скрытые границы
Жизнедеятельность клетки становится возможной только потому, что разные ферменты и вещества не смешиваются, а клетка составляет целостность. Все это становится возможным только благодаря разнообразным мембранам. А клетка в целом отграничена от прочих особой структурой под названием «цитоплазматическая мембрана».
Видно ли ее в световом микроскопе? Ответ отрицательный, да, мы видим границы, но сама мембрана – слишком тонкая структура. Иногда мы не видим даже границы клеток, например, когда рассматриваем в световом микроскопе клетки печени. Хотя почему тогда мы в других случаях видим границы клеток, не мембраны ли это?
На самом деле это надмембранные слои из углеводов, которые находятся между клетками. Они поглощают краситель, поэтому при удачном разрезе можно подумать, что это и есть плазматическая мембрана.
В экспериментах было установлено, что клетки, которые были погружены в растворы с разным осмотическим давлением, набухают или сморщиваются, а значит, они окружены мембраной, которая характеризуется избирательной проницаемостью.
Также было выявлено, что клеточная мембрана хорошо проницаема, если в нее пытаются проникнуть вещества, растворимые в липидах. В классической концепции гидрофилные концы молекул мембраны считались обращенными наружу, а гидрофобные — внутрь. Электронная микроскопия же доказала, что дело намного сложнее. В частности, на электронных фото видно, что плотными становятся наружные слои, а не внутренний, то есть липидные слои расположены по краям.
Плазматическая мембрана благодаря своему устройству непроницаема для макромолекул, поэтому белки цитоплазмы не способны выходить из клетки через нее. Белки, находясь в клетке, создают осмотическое давление, благодаря чему нужное количество воды попадает внутрь клетки. Однако этот процесс не бесконечен, потому что в тканевой жидкости снаружи тоже есть другие вещества, которые уравновешивают осмотическое давление.
Чтобы разность потенциалов оставалась стабильной, плазматическая мембрана должна иметь диэлектрические свойства. Это также наводило ученых на мысль, что в мембране много липидов, которые и обладают диэлектрическими свойствами. Нехотя раскрывала свои свойства плазматическая мембрана.
Строение и функции ее связаны, например, способность поддерживать необычную разность концентраций ионов калия и натрия связана с особым механизмом в мембране – натриево-калиевым насосом. Перенос ионов при этом осуществляет особый фермент, который работает на энергии клетки, процесс этот для нее затратный. Клетке приходится «платить» за баланс. Также требуют «вложений» и перенос глюкозы, жирных кислот, аминокислот.
Интересным свойством клеточной мембраны также является ее асимметричность, то есть внутренняя и наружная ее поверхности неодинаковы, хотя изначально исследователи на основании данных электронной микроскопии считали именно так. Все углеводосодержащие части гликопротеидных молекул выступают за наружную поверхность мембраны и участвуют в формировании надлипидного слоя. Внешняя поверхность клетки также содержит особые молекулы, называемые рецепторами, они воздействуют с определенными молекулами внешней среды. Так регулируется активность клетки, ее можно стимулировать либо подавлять в зависимости от потребностей организма. А во внутренней половине мембраны содержится много холестерина.
Биохимические исследования клеточной мембраны доказали, что белки внутренней и наружной мембраны неидентичны, а различные фосфолипиды в составе этих двух поверхностей тоже весьма разнообразны. Некоторые из этих особенностей можно увидеть даже с помощью электронного микроскопа.
Как видите, элементарная мембрана не так уж проста, а чтобы понимать все происходящие процессы, ученым пришлось построить и отбросить много гипотез.