Снаружи плазмолемму покрывает гликокаликс (glycocalix) слой полисахаридов, в котором находятся разветвленные молекулы олигосахаридов, гликолипидов и гликопротеинов, многие из которых выступают из мембраны в виде «антенн-рецепторов». Благодаря им, клетка способна ориентироваться в окружающей среде, распознавая себе подобных, участвовать в образовании ткани, воспринимать различные раздражения (звуковые, химические, температурные, механические и другие).
Среди белковых молекул плазмолеммы встречаются структурные, транспортные белки переносчики тех или иных веществ, белки, образующие поры, или гидрофильные каналы и ферменты. Белки переносчики электронов. Состав гликолипидов гликокаликса выделяют класс ганглиозидов, участвующих в работе химических синапсов нервных клеток. Гликолипидам принадлежит важнейшая роль в рецепторной функции мембраны. Состав гликолипидов меняется в малигнизированных клетках (клетках злокачественной опухоли). Гликолипиды эритроцитов определяют группу крови.
Важный компонент мембран животной клетки стероидный липид холестерол, определяющий их консистенцию. Несмотря на то, что мембраны различаются по химическому составу, все они выполняют барьерную функцию и ограничивают свободную диффузию веществ.
Плазмолемма выполняет следующие функции:
1) разграничительную отделяет содержимое клетки от внешней среды;
2) рецепторную воспринимает из окружающей среды раздражения различной природы;
3) транспортную регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обладая уникальной избирательной проницаемостью.
Транспортная функция обусловлена необходимостью обеспечить в клетке оптимальное значение рН и соответствующую ионную концентрацию для эффективной работы ферментов; доставить питательные вещества, которые служат источником энергии и сырьем для синтеза собственных белков; вывести вредные продукты метаболизма (диоксид углерода, пероксид водорода, аммиак, нерастворимые соли), а также гормоны, медиаторы и другие, биологически активные вещества; создать ионный градиент для электропроводимости поверхностной мембраны, осуществления нервной деятельности. Вещества поступают в клетку и выводятся из нее различными способами: диффузия, осмос, фагоцитоз и другие (рисунок 3.3).
1 Диффузия поступление в клетку через мембрану веществ по диффузионному градиенту из области с высокой концентрацией в область с низкой. Некоторые газы диффундируют быстро; ионы и полярные молекулы (глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты и глицерол) медленно. Значительно быстрее через мембрану проходят незаряженные и жирорастворимые (липофильные) молекулы.
2 Осмос переход молекул воды по градиенту концентрации из гипотонического раствора в гипертонический. Гипо- или гипертонический раствор приводит в одном случае к пикнозу эритроцитов, а в другом к их гемолизу, но в обоих случаях вызывает шок. Поэтому внутривенно можно вводить только изотонические растворы (0,86 % NaС1).
2 Осмос переход молекул воды по градиенту концентрации из гипотонического раствора в гипертонический. Гипо- или гипертонический раствор приводит в одном случае к пикнозу эритроцитов, а в другом к их гемолизу, но в обоих случаях вызывает шок. Поэтому внутривенно можно вводить только изотонические растворы (0,86 % NaС1).
Рисунок 3.3 Участие плазмалеммы в поступлении (А) и выведении (Б) веществ
3 Активный транспорт (связанный с затратами энергии) это перенос молекул или ионов через мембрану по электрохимическому градиенту. Так как содержимое всех клеток заряжено отрицательно, то катионы всегда стремятся внутрь клетки, тогда как анионы отталкиваются клеткой. Внутри клеток и внеклеточной жидкости, как известно, преобладают ионы: Na+, К+ и СI-, причем натрий активно выкачивается из клетки, а калий активно в нее поступает. Этот процесс называется калийнатриевым насосом (>К+ Na+ насосом). Для обеспечения активного транспорта организм расходует энергию, запасенную в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). Работу калий-натриевого насоса, которую запускает определенный раздражитель из внешней среды, например медиатор ацетилхолин (АЦХ) и адреналин (А), можно сравнить с ключом, открывающим только определенный замок: в данном случае замком будет служить рецептор на интегральном белке. После возбуждения АЦХ домены интегрального белка раскручиваются. В нем появляется канал, ионы с внутренней стороны мембраны перераспределяются на наружную, и знак потенциала изменяется. На мембране появляется электрический ток.
4 Фагоцитоз, эндоцитоз и экзоцитоз это активные процессы, посредством которых различные вещества транспортируются через мембрану либо в клетку, либо из нее.
Фагоцитоз это процесс поглощения твердых частиц или крупных одноклеточных организмов, когда захват осуществляется с образованием псевдоподий. При этом в месте контакта с клеткой поглощаемого субстрата образуется крупная пищеварительная вакуоль фагосома, которая отшнуровывается от плазматической мембраны и поступает в клетку, где сливается с первичной лизосомой. Мембраны фагосомы и лизосомы сливаются за счет слипания липидных бислоев. В результате образуются фаголизосомы, представляющие собой компартменты специализированные структуры, предназначенные для внутриклеточного переваривания.