Летняя школа ЕГЭ FREE

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) - строение и функции

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) — это наружная оболочка клетки, которая отделяет внутреннюю среду клетки от внешней, обеспечивает обмен веществ, защиту и взаимодействие с окружающей средой. В школьном курсе биологии и на ЕГЭ тема цитоплазматической мембраны относится к базовым, однако вопросы по ее строению и функциям встречаются практически каждый год.
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ): строение, функции и значение в клетке
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ): строение, функции и значение в клетке
В этой статье подробно разберем строение цитоплазматической мембраны, функции ЦПМ, особенности транспорта веществ через мембрану и признаки, которые необходимо знать для успешной сдачи ЕГЭ по биологии.

Что такое цитоплазматическая мембрана?

Цитоплазматическая мембрана (плазматическая мембрана, плазмалемма) — это тонкая полупроницаемая оболочка толщиной около 7–10 нм, окружающая каждую клетку.
Она имеется:
  • у растений;
  • у животных;
  • у грибов;
  • у бактерий.
Несмотря на различия между организмами, общий принцип строения мембраны одинаков.

Строение цитоплазматической мембраны

В основе строения лежит жидкостно-мозаичная модель, предложенная Сингером и Николсоном.
ЦПМ состоит из трех основных компонентов:
  • фосфолипидов;
  • белков;
  • углеводов.

1. Фосфолипидный бислой

Основу мембраны образует двойной слой фосфолипидов.
Каждая молекула фосфолипида состоит из:
  • гидрофильной ("любящей воду") головки;
  • двух гидрофобных ("боящихся воды") хвостов.
В результате:
  • головки обращены наружу и внутрь клетки;
  • хвосты находятся между ними.
Именно такое расположение делает мембрану устойчивой и одновременно гибкой.

Значение фосфолипидного слоя

Он обеспечивает:
  • барьерную функцию;
  • избирательную проницаемость;
  • текучесть мембраны.

2. Мембранные белки

Белки располагаются среди липидов подобно мозаике.
Они бывают двух типов.

Интегральные белки

Пронизывают мембрану насквозь.
Выполняют функции:
  • транспортных каналов;
  • переносчиков;
  • рецепторов;
  • ферментов.

Периферические белки

Находятся только на поверхности мембраны.
Основные функции:
  • участие в ферментативных реакциях;
  • связь с цитоскелетом;
  • передача сигналов.

3. Углеводы мембраны

Углеводы соединяются с белками и липидами, образуя:
  • гликопротеины;
  • гликолипиды.
Все вместе они формируют гликокаликс.
Гликокаликс обеспечивает:
  • распознавание клеток;
  • иммунные реакции;
  • межклеточные контакты;
  • рецепцию сигналов.

Жидкостно-мозаичная модель мембраны

Название модели объясняется двумя особенностями.
Жидкостная — молекулы липидов способны свободно перемещаться в плоскости мембраны.
Мозаичная — белки расположены неравномерно, словно элементы мозаики.
Благодаря этому мембрана:
  • эластична;
  • может изменять форму;
  • восстанавливается после небольших повреждений.

Свойства цитоплазматической мембраны

Основные свойства:
  • полупроницаемость;
  • текучесть;
  • асимметричность;
  • способность к самовосстановлению;
  • избирательная проницаемость.
Именно избирательная проницаемость позволяет клетке поддерживать постоянство внутренней среды.

Функции цитоплазматической мембраны

1. Барьерная функция

ЦПМ отделяет содержимое клетки от окружающей среды.
Это защищает клетку от повреждений и предотвращает потерю веществ.

2. Транспортная функция

Через мембрану осуществляется поступление:
  • воды;
  • кислорода;
  • ионов;
  • питательных веществ.
Из клетки выводятся:
  • продукты обмена;
  • углекислый газ;
  • лишняя вода;
  • токсичные вещества.

3. Рецепторная функция

На поверхности мембраны находятся рецепторы.
Они воспринимают:
  • гормоны;
  • медиаторы;
  • сигнальные молекулы;
  • антигены.
Благодаря этому клетка реагирует на изменения окружающей среды.

4. Защитная функция

Мембрана препятствует проникновению многих вредных веществ и микроорганизмов.

5. Ферментативная функция

Некоторые мембранные белки являются ферментами.
Они ускоряют различные химические реакции.

6. Контактная функция

Клетки соединяются между собой при помощи специальных белков мембраны.
Это особенно важно для тканей животных.

7. Опознавательная функция

Гликокаликс позволяет клеткам распознавать:
  • собственные клетки организма;
  • чужеродные клетки;
  • вирусы;
  • бактерии.

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану

Транспорт подразделяется на три основных типа.

Пассивный транспорт

Происходит без затрат энергии.
Включает:

Простую диффузию

По градиенту концентрации проходят:
  • кислород;
  • углекислый газ;
  • некоторые липидорастворимые вещества.

Облегченную диффузию

Происходит через специальные белки-каналы.
Так транспортируются:
  • ионы;
  • глюкоза;
  • аминокислоты.

Осмос

Перемещение воды через полупроницаемую мембрану.

Активный транспорт

Происходит с затратой энергии АТФ.
Осуществляется белками-переносчиками.
Примеры:
  • натрий-калиевый насос;
  • перенос ионов кальция;
  • накопление веществ внутри клетки.

Везикулярный транспорт

Используется для крупных молекул.

Эндоцитоз

Поступление веществ внутрь клетки.
Разновидности:
  • фагоцитоз;
  • пиноцитоз.

Экзоцитоз

Выведение веществ наружу.
Например:
  • секреция гормонов;
  • выделение ферментов;
  • выделение нейромедиаторов.

Отличия мембран клеток растений и животных

Несмотря на одинаковое строение мембраны, имеются особенности.

У растений

Снаружи расположена прочная клеточная стенка из целлюлозы.
Поэтому мембрана находится под клеточной стенкой.

У животных

Клеточной стенки нет.
ЦПМ является наружной оболочкой клетки.
Кроме того, в мембране животных клеток содержится больше холестерина, который регулирует ее текучесть.

Почему мембрана обладает избирательной проницаемостью?

Причины две:
  1. гидрофобный слой липидов препятствует прохождению большинства веществ;
  2. специальные белки пропускают только определенные молекулы.
Именно поэтому клетка способна поддерживать постоянный химический состав цитоплазмы.

Цитоплазматическая мембрана в заданиях ЕГЭ

На экзамене необходимо знать:
  • строение фосфолипида;
  • жидкостно-мозаичную модель;
  • функции белков мембраны;
  • функции углеводов;
  • пассивный транспорт;
  • активный транспорт;
  • осмос;
  • эндоцитоз;
  • экзоцитоз;
  • свойства мембраны.
Часто встречаются задания, где нужно определить способ транспорта вещества или выбрать функцию определенного компонента мембраны.

Частые ошибки

❌ Осмос — это перенос любых веществ.
✔ Осмос — это перенос только воды.
❌ Активный транспорт происходит по градиенту концентрации.
✔ Он осуществляется против градиента концентрации с использованием энергии АТФ.
❌ Все вещества проходят через мембрану свободно.
✔ Большинство веществ используют специальные белки-переносчики или каналы.
❌ Мембрана состоит только из липидов.
✔ В ее состав входят также белки и углеводы.