Какими свойствами обладает мембрана и цитоплазма

Тема: Цитоплазматическая мембрана. Л. р. № 1 «Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в клетках эпидермиса лука»

Цель – изучить особенности строения плазматической мембраны, её свойства, показать роль плазматической мембраны в жизнедеятельности клетки

Видеоурок  

Клетки грибов, растений и животных имеют много общего не только в химическом составе, но и в строении. При рассматривании клетки под микроскопом в ней видны различные структуры – органоиды. Каждый органоид выполняет определенные функции. В клетке различают три основные части: плазматическую мембрану, ядро и цитоплазму

Плазматическая мембрана отделяет клетку и ее содержимое от окружающей среды. На рисунке  вы видите: мембрана образована двумя слоями липидов, а белковые молекулы пронизывают толщу мембраны.

Строение мембран.

Плазматическая мембрана есть во всех клетках (под гликокаликсом – у животных и под клеточной стенкой у других организмов), она обеспечивает взаимодействие клетки с окружающей ее средой. Плазмалемма образует подвижную поверхность клетки, которая может иметь выросты и впячивания, совершает волнообразные колебательные движения, в ней постоянно перемещаются макромолекулы.

Несмотря на эти непрерывные изменения, клетка всегда остается охваченной плотно прилегающей мембраной. Плазматическая мембрана представляет собой тонкую пленку толщиной менее 10 нм. Мембрана включает два основных типа молекул: фосфолипиды, образующие бислой в толще мембраны, и белки на ее поверхностях. В настоящее время принята жидкостно-мозаичная модель мембраны, согласно которой белковые молекулы, плавающие в жидком липидном бислое, образуют в нем своеобразную мозаику. Схема этой современной модели, предложенной в 1972 году Сингером и Николсоном, дана в учебнике.

Различают белковые молекулы:

периферические белки – расположенные на наружной или внутренней поверхности мембраны, могут преобразовывать сигналы из внешней и внутренней среды,

полуинтегральные белки – погружены в бислой на различную глубину, поддерживают структуру мембраны,

трансмембранные белки– пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной и внутренней средой клетки, катализируют реакции обмена веществ обеспечивают транспорт катионов и анионов, образуют поры.

Функции гликокаликса:

• отталкивание от клетки отрицательно заряженных частиц (т. к. многие углеводные молекулы гликокаликса имеют отрицательный заряд);
• скрепление соседних клеток друг с другом;

• рецепторная функция (связывание гормонов, что приводит к активации определенных мембранных белков, и запускание каскада ферментативных реакций внутри клетки);
• участие в иммунных реакциях.

 Свойства мембраны
Важное свойство мембраны – избирательная проницаемость, или полупроницаемость, позволяет клетке взаимодействовать с окружающей средой: в нее поступают и вы водятся из нее лишь определенные вещества. Мелкие молекулы воды и некоторых других веществ проникают в клетку путем диффузии, частично через поры в мембране.

Подвижность. Липидный бислой по существу – жидкое образование, в пределах плоскости которого молекулы могут свободно передвигаться – “течь” без потери контактов в силу взаимного притяжения

 Способность самозамыкаться. Благодаря этой способности клетки могут сливаться путем слияния их плазматических мембран (например, при развитии мышечной ткани).

 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«Плазмолиз и деплазмолиз в клетках кожицы лука»
Цель:сформировать умение проводить опыт по получению плазмолиза , закрепить умения работать с микроскопом, проводить наблюдение и объяснять полученные результаты.

Оборудование:микроскопы, предметные и покровные стекла, стеклянные палочки, стаканы с водой, фильтровальная бумага, раствор поваренной соли, репчатый лук.

Ход работы

1.Сделайте препарат кожицы лука:

а) снимите наиболее окрашенный участок кожицы лука;

б) положите на предметное стекло;

в) расправьте кожицу, капните на нее воду и накройте покровным стеклом.

Рассмотрите препарат под микроскопом и зарисуйте клетку.

 Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора

2. Получите плазмолиз:

а) снимите покровное стекло с приготовленного препарата;

б) фильтровальной бумагой удалите воду;

в) нанесите на препарат раствор поваренной соли (NaCl) и накройте его стеклом.

Рассмотрите препарат под микроскопом и зарисуйте плазмолизированную клетку.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки – происходит плазмолиз.

3. Получите деплазмолиз:

а) снимите покровное стекло с приготовленного препарата;

б) фильтровальной бумагой удалите раствор соли;

в) нанесите на препарат воду и накройте его стеклом.

Рассмотрите препарат под микроскопом и зарисуйте клетку.

4. Объясните причины плазмолиза и деплазмолиза.

Какое свойство мембраны лежит в основе этого явления?

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет поступать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение – произойдет деплазмолиз.

Сделайте выводы о причинах плазмолиза и деплазмолиза. В каких клетках он может происходить? Каково значение плазмолиза и деплазмолиза?

Ответьте на вопросы.

• Почему при больших кровопотерях человеку переливают физиологический раствор (0,9%-ный раствор NaCl)?
• Что произойдет, если клетки крови поместить: а) в 0,09%-ный раствор NaCl; б) в 9%-ный раствор NaCl?

При помещении растительной ткани (эпидермис чешуйки лука) в гипертонический раствор поваренной соли (NaCl) не происходило диффузии этого раствора в клетки, а наблюдался выход воды из вакуолей клеток в сторону гипертонического раствора NaCl, чтобы уравновесить концентрации ионов по обе стороны клеточной оболочки. При этом объем вакуолей и всей цитоплазмы в целом уменьшался, что вело к отхождению цитоплазмы от клеточной стенки – плазмолизу. При возвращении исследуемой ткани в чистую воду мы также не наблюдали выхода растворенных веществ из вакуолей, а только поступление воды из окружающего пространства внутрь клетки, в вакуоли с клеточным соком, что вело к восстановлению объема клетки до прежних границ – деплазмолизу.

Вероятно, поверхность клетки свободно пропускает воду в обоих направлениях, но задерживает ионы Na+ и Cl-, входящие в состав поваренной соли.

Свойство, которое мы обнаружили, называется избирательной проницаемостью или полупроницаемостью плазматической мембраны.

Функции плазматической мембраны.

1. Придает клетке форму и защищает от физических и химических повреждений.
2. Благодаря подвижности, способности образовывать выросты и выпячивания, осуществляет контакт и взаимодействие клеток в тканях и органах.
3. Отделяет клеточную среду от внешней среды и поддерживает их различия.
4. Является своеобразным указателем типа клеток в силу того, что белки и углеводы на поверхности мембран и различных клеток неодинаковы.
5. Регулирует обмен между клеткой и средой, избирательно обеспечивая транспорт в клетку питательных веществ и выведение наружу конечных продуктов обмена.
6. Основная функция плазматической мембраны транспортная. Она обеспечивает поступление питательных веществ в клетку и выведение из нее продуктов обмена.

Транспорт бывает пассивный, не требующий затрат энергии, и активный, энергозависимый, в процессе которого расходуется энергия, получаемая вследствие гидролиза молекул АТФ.

Пассивный – часто идет по градиенту концентрации, без затрат АТФ (энергии). Возможен путем осмоса, простой диффузии или облегченной (с участием белка-переносчика) диффузии.

Внутрь клетки с помощью осмоса поступает вода. Путем простой диффузии в клетку попадают O2, H2O, CO2, мочевина, эфиры, жиры. Облегченная диффузия характерна для транспорта глюкозы, аминокислот.

Активный транспорт чаще происходит против градиента концентрации, в ходе него используются белки-переносчики и энергия АТФ. Ярким примером является натрий-калиевый насос, который накачивает ионы калия внутрь клетки, а ионы натрия выводит наружу. Это происходит против градиента концентрации, поэтому без затрат энергии (АТФ) не обойтись.

Внутрь клетки крупные молекулы попадают путем эндоцитоза (греч. endo — внутрь) двумя путями:

• Фагоцитоз (греч. phago – ем + cytos – клетка) – поглощение твердых пищевых частиц и бактерий фагоцитами
• Пиноцитоз (греч. pino – пью) – поглощение клеткой жидкости, захват жидкости клеточной поверхностью

Фагоцитоз был открыт И.И. Мечниковым, который создал фагоцитарную теорию иммунитета. Это теория гласит, что в основе иммунной системы нашего организма лежит явление фагоцитоза: попавшие в организм бактерии уничтожаются фагоцитами (T-лимфоцитами), которые переваривают их.

В ходе эндоцитоза мембрана сильно прогибается внутрь клетки, ее края смыкаются, захватывая бактерию, пищевые частицы или жидкость внутрь клетки. Образуется везикула (пузырек), который движется к пищеварительной вакуоли или лизосоме, где происходит внутриклеточное пищеварение.

Клетки многих органов, к частности эндокринных желез, которые выделяют в кровь гормоны, транспортируют синтезированные вещества к мембране и удаляют их из клетки с помощью экзоцитоза (от др.-греч. ἔξω – вне, снаружи). Таким образом, процессы экзоцитоза и эндоцитоза противоположны.

Активный транспорт

 Эндоцитоз. Экзоцитоз и «насосы»

 Схема пиноцитоза и фагоцитоза.
Принцип переноса в обоих случаях идентичен: в том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей или каплей вещества, мембрана прогибается, образует углубление и окружает частицу или каплю жидкости, которая в “мембранной упаковке” погружается внутрь клетки. Здесь образуется пищеварительная вакуоль, и в ней перевариваются поступившие в клетку органические вещества. Фагоцитоз широко распространен у животных, а пиноцитоз осуществляется клетками животных, растений, грибов, бактерий и сине-зеленых водорослей.

 Активный транспорт происходит при использовании ферментов, встроенных в мембрану.

• Перенос идет против градиента концентрации с затратами энергии, например, в клетку поступают (“накачиваются”) ионы калия, а из клетки выводятся (“выкачиваются”) ионы натрия. Эта работа сопровождается накоплением на мембране разности электрических потенциалов. Такие клеточные транспортные системы принято называть “насосами”. Аналогично осуществляется транспорт аминокислот и сахаров.
• Наиболее изученная транспортная система – это калий – натриевый насос. Концентрация ионов К внутри клетки выше, чем снаружи, а концентрация ионов Na в клетке меньше, чем снаружи. Клетка активно перекачивает К внутрь, а Na наружу. На это уходит почти треть энергии клетки. Благодаря этому механизму поддерживается в рабочем возбужденном состоянии мембрана (создается разность потенциалов) и через нее возможен транспорт других веществ. В нервных клетках таким образом проводится нервный импульс

Выводы:

1. Плазмалемма – тонкая, около 10 нм толщиной, пленка на поверхности клетки. Она включает липопротеиновые структуры (липиды и белки).
2. К некоторым поверхностным молекулам белков присоединены углеводные молекулы (они связаны с механизмом распознавания).
3. Липиды мембраны самопроизвольно образуют бислой. Этим обусловливается избирательная проницаемость мембраны.
4. Мембранные белки выполняют разнообразные функции, существенно облегчают транспорт через мембрану.
5. Мембранные липиды и белки способны перемещаться в плоскости мембраны, благодаря чему поверхность клетки не бывает идеально гладкой.