Первый барьер: плазматическая мембрана
Если вы внезапно уменьшите себя до размеров молекулы, клетка не будет выглядеть для вас плоской и обычной, как показано на картинках. Она будет выглядеть как крепость со сложной стеной, защищающей внутренние структуры от вторжений. Эта стена называется плазматической мембраной. Как защитная стена любого дома, построенного человеком, она выполняет несколько функций:
- Удерживает клетку вместе (т.е. обеспечивает структурную целостность )
- Защищает клетку от вредных веществ
- Регулирует, какие молекулы пропускать и в каком количестве (это свойство называется полупроницаемостью)
- Показывает «флаги» клетки, которые позволяют другим клеткам распознавать, с кем они общаются.
- Участвует в отправке и приеме сигнальных молекул, которые используются для передачи «сообщений» в организме.
- Обеспечивает «якоря» для прикрепления внутренних клеточных структур
Как одна структура может иметь столько функций? Это возможно благодаря способу формирования плазматических мембран.
Основными компонентами плазматической мембраны являются фосфолипиды . Фосфолипиды — это класс жировых или липидных молекул, которые являются амфифильными. Это означает, что одна молекула состоит из двух частей с разными свойствами. Одна часть молекулы фосфолипида, часто называемая «хвостом», «любящая воду» — гидрофильная. Она может взаимодействовать с водой. Другая часть этой молекулы, часто называемая «хвостом», гидрофобная — она вообще не взаимодействует с водой. Итак, когда структура, состоящая из множества амфифильных липидных молекул, взаимодействует с водой, все гидрофильные «головы» поворачиваются к воде, а гидрофобные части прячутся от нее. Так же, как еж, который прячется от врага, выставляя все свои иголки наружу и пряча уязвимый желудок. А что произойдет, если эту липидную структуру окружить водой? Она образует шар!
В случае плазматической мембраны есть два слоя липидных молекул. Один расположен снаружи клетки и взаимодействует с окружающей средой вокруг нее. Другой слой находится под первым, взаимодействуя с содержимым самой клетки. Эта структура называется липидным бислоем. Обе области содержат воду, поэтому бислой отображает водорастворимые «головки» с каждой стороны, скрывая гидрофобные «хвосты» внутри. И таким образом, бислой всегда сохраняет определенную форму. Бислой также служит фильтром: небольшие полярные молекулы могут сравнительно легко проходить через фосфолипидную стенку, так же как вода или определенные типы жиров. Молекулы этого типа также очень подвижны, поэтому липидный бислой является гибким и текучим. Для того чтобы сделать эту структуру более прочной, добавляются другие липиды, например, холестерин . Холестерин помогает сделать мембрану более прочной и менее проницаемой для молекул.
Но что делать, если клетке все еще нужны те молекулы, которые не могут пройти через слои самостоятельно? Существуют специальные помощники, которые помогают провести эти молекулы – белки!
Белки встроены в бислой. Иногда они расположены только с одной стороны. Эти белки в основном являются рецепторами. Их главная роль — служить часовыми — они взаимодействуют только с молекулами, имеющими определенную форму, по принципу «ключ-замок». Рецепторы могут служить как «датчиками», чтобы принимать сигналы, так и «флагами», чтобы демонстрировать идентичность клетки.
Другие белки проходят через весь мембранный бислой. Они также довольно сложны и состоят из многих частей. Их называют трансмембранными белками. Они действуют как каналы , которые позволяют молекулам, которые не могут пройти через бислой самостоятельно, проходить через него.
В плазматических мембранах есть третий компонент: углеводы . Обычно они прикреплены к определенным белкам ( гликопротеинам ) или липидам ( гликолипидам ), которые расположены на внешнем слое мембраны. Обычно гликопротеины и гликолипиды важны для распознавания клеток друг с другом и для дополнительной стабильности всей мембраны.
Как вы видите, плазматическая мембрана представляет собой сложную структуру. Она состоит из гибкого бислоя, образованного фосфолипидами, и в нее встроено множество белков, а также холестерин. Она очень напоминает сложную мозаику. Вот почему бислой часто описывается жидкостно- мозаичной моделью.