Что делает мембрана. Основные функции и особенности строения клеточной мембраны. Важнейшие выводы о строении и функциях клеточных мембран

Мембрана разрешила противоречивый вопрос. Как получить дышащую одежду с водоотталкивающими свойствами. В чём секрет? В том, что каждая пора мембраны настолько мала, что не пропустит через себя и каплю воды, но пора достаточно крупная, чтобы отводить, более мелкий по своей структуре, пар от тела. Комбинируя различные виды мембран и сопутствующих тканей, производители создают одежду с уникальными свойствами для разных сфер применения.

В мембранной одежде можно выделить 4 основные направления для применения:

для кардионагрузок (бег, велоспорт);
для альпинизма;
повседневной носки, туризма, охоты, рыбалки;
для классических зимних видов спорта – лыж, сноуборда.

Именно эта классификация сужает сферу выбора мембранной одежды и разрешает не потеряться в море предложений. Чтобы узнать, на какую группу товаров ориентироваться, во время покупки ознакомьтесь с каталогами производителей или воспользуйтесь консультацией продавцов. И приступайте к следующему этапу – подбору оптимальных характеристик.

Водостойкость и паропроницаемость

Именно водостойкость и паропроницаемость характеризуют основные свойства мембраны. Водостойкость особенно важна, если вы планируете заниматься спортом в плохих погодных условиях. Ее рассчитывают с помощью специальных устройств, которые имитируют водяной столб. Чем большее давление воды выдерживает мембранная ткань, тем лучше она защитит своего владельца.

Эти 2 показателя могут указываться на ярлыках одежды. Водостойкость в мм водяного столба, а паропроницаемость в MVTR или RET. Подробнее об этом, чуть ниже.

В некоторых случаях производитель указывает только область применения изделия, без указания MVTR или RET.

Водостойкость

Группируют показатель водостойкости так:

более 20000 мм – одежда пригодна для использования во время шторма, ливня с сильным ветром;
10000-20000 мм – выдерживает сильный дождь или ливень;
5000-10000 мм – умеренный дождь;
1000-5000 мм – слабый дождь, туман;
<1000 мм – только ветрозащитные свойства.

Несмотря на разброс в показателях водостойкости, производители часто предлагают мембрану с самыми высокими защитными свойствами. Таким способом как бы гарантируя своим клиентам комфорт во время любой непогоды.

Для любителей походов, рыбалки и охоты , производятся .

Паропроницаемость

Паропроницаемость в мембранной одежде – гораздо значимее, чем водостойкость. Именно она в ответе за комфорт во время активных физических нагрузок, когда организм продуцирует пар, который нужно быстро и качественно вывести.

Для расчета паропроницаемости используют 2 основные методики:

MVTR предусматривает тестирование образцов на способность пропускать тканью водяной пар. Полученный показатель записывают как Х г/м2/24 часа, при значении Х более 13000 – экстремально дышащая одежда, от 6000 до 13000 – отлично дышащая, ниже 6000 – одежда с умеренной способностью выводить пар.
RET – обратная методика, которая рассчитывает то, как ткань сопротивляется выводу пара. Изначально ее применила компания Gore-Tex. Шкала паропроницаемости по методике RET выглядит так: от 0-6 – выходу пара ничто не препятствует, экстремально дышащая ткань, 6-13 – превосходно дышащая, 13-20 – ткань с умеренно дышащими свойствами, более 20 – ткань не дышит.

Не всегда показатели паропроницаемости рассчитанные по 2 методикам идентичны. Связано это с условиями тестирования в разных исследовательских центрах.

Ввиду этого некоторые производители указывают на бирке оба значения, другие – только показатель, рассчитанный по одной методике, третьи могут вовсе не давать конкретных значений потребителю (чтобы избежать сравнения одежды с продукцией конкурентов только по одному показателю).

Какой уровень паропроницаемости выбрать

Высокие показатели паропроницаемости особенно важны для активных физических нагрузок. Если вы планируете носить мембранную одежду только во время прогулок, вполне достаточно показателя паропроницаемости 6-10 RET.

Виды мембран по строению и назначению

Мембрана — это очень тонкая плёнка с крохотными дырочками. Она способна пропускать пар, идущий от тела и при этом оставаться устойчивой к влажности с внешней стороны, не пропуская через себя даже маленькие частички воды.

Так выглядит под микроскопом мембранная ткань с порой

Строение мембраны играет немаловажную роль в ее работе и даже строке эксплуатации.

Какие существуют типы

Беспоровые – работают не напрямую, так как пар сначала оседает на внутренней поверхности мембраны, а потом постепенно испаряется под силой давления. Беспоровые мембраны долговечны и некапризны в уходе;
Поровые – очень хорошо «дышащие» мембраны, но требуют бережного ухода;
Комбинированные – объединяет в себе характеристики как поровой, так и беспоровой мембраны. Этот тип используют в работе все ведущие производители;
eVent – новый класс в мембранах, производители «научили» поровою мембрану отталкивать грязь и жиры, тем самым наделив ее большей долговечностью.

Обзор куртки druft с мембраной eVent

Назначение мембран также бывает разным:

Ветрозащитные – обычно работают в связке с флисовым (полартековым) полотном, на которое наносят слой водоотталкивающей пропитки. Такая одежда оптимальна для эксплуатации в период межсезонья, она хорошо согревает и может выдержать небольшой дождь. Все ветрозащитные мембраны долговечны, недорогие и неприхотливы в уходе.
Ветро- и влагозащитные – классика в мембранной индустрии. Они рассчитаны на эксплуатацию даже во время плохих погодных условий. Имеют хорошие водоотталкивающие и ветрозащитные свойства, сохраняют при этом способность дышать. Эти мембраны дорогие и прихотливые в уходе.

Ткани-защитники мембраны

Мембрану (из-за ее тонкости) в одежде всегда прикрывает ткань, которая первая должна выдержать удар от ветра, дождя или снегопада.

Внутренняя подкладка в виде сеточки, которая её защищает.

На ее свойства влияют такие показатели:

Тип волокон – это синтетические материалы нейлон или полиэстер. Имеют примерно одинаковые свойства, но нейлон более прочен, а полиэстер – дешевле и теплее. В редких случаях в мембранной одежде используют эластичные материалы, так как мембрана очень чувствительна к растяжениям.
Толщина и вес нитей – этот показатель обозначают как Den или D (денье) и рассчитывают как вес 9 км обозначенной нити. Ткани с высоким значением денье очень прочны и довольно тяжелы.
Плотность – рассчитывают в г/м2. Высокие показатели всегда характеризуют тяжелую, плотную ткань.

Каждый производитель всегда в поиске идеально легкой, прочной и в то же время недорогой ткани. Но на практике всегда приходиться искать компромисс между весом изделия и прочностью.

Если вы не планируете покорять горные вершины, а подбираете одежду для носки в городском режиме или недлительных походов , вполне подойдут недорогие мембранные куртки. Они имеют достаточную плотность, умеренный вес и приемлемую цену.

Для альпинизма и фрирайда пригодны только сверхпрочные и легкие материалы, которые тестируют на стойкость к трениям и разрывам. Эти ткани очень дорогие, что влияет на конечную стоимость изделий.

Если вы занимаетесь длительными пешими походами , позаботьтесь, чтобы мембранная куртка была износоустойчивой, так как лямки рюкзака создают трение во время движения и могут повредить и саму ткань, и мембрану.

Для аэробных нагрузок идеальна легкая ткань с умеренной прочностью. Впрочем, двигаться в такой одежде желательно на местности без препятствий.

Способы соединения мембраны с тканью

Для того чтобы мембрана и ткань работали в одной связке, их соединяют. Внешняя ткань — мембрана — внутренняя подкладка. Получается такой своеобразный сэндвич.

Как это устроено:

2-слойные материалы (2L или 2-layer) – получают простым путем крепления мембраны на внутреннюю сторону ткани. Этот способ имеет существенный недостаток – мембрана быстро снашивается, так как изнутри ничем не прикрыта. Иногда производители добавляют в этой схеме условный 3 слой – подкладку в виде сетки или мягкой ткани, но полноценной защитой для мембраны она не служит.
2,5-слойные материалы (2.5L или 2.5-layer) очень похожи на 2-слойные, только функцию прикрытия мембраны выполняет не сетка, а специальное покрытие. Эта схема крепления мембраны позволяет сохранить гибкость и долговечность мембраны.
3-слойные материалы (3L или 3-layer) – своего рода монолит ткани, мембраны и подкладки. Одежда с этим видом крепления мембраны довольно тяжелая, негибкая, но выигрывает за счет длительного срока эксплуатации.

Краткий ликбез по маркировке тканей с термосберегающими свойствами

Обозначения:

Soft Shell – особенно мягкий, комфортный, гибкий материал;
Windbloc, Windtec – изделия с этими обозначениями отлично защищают от ветра, но не гарантирует водоотталкивающих свойств;
Windstopper – усовершенствованная линейка одежды от компании Gore c хорошей защитой от ветра;
Polartec Thermal Pro – хороший согревающий материал, по сути, немного усовершенствованный полартек;
Polartec Wind Pro – согревающий материал с отличной ветрозащитной функцией, может защитить от небольшого дождя;
Polartec 200 – один из самых популярных тепло сберегающих материалов для курток;
Resist Techno Soft Shell – новейший материал на рынке мембранной одежды, прекрасно согревает, имеет повышенные дышащие свойства. Подходит для активных занятий спортом;
Rip Stop – ткань с особой структурой переплетения нитей, поэтому прочная и износоустойчивая;
Gore-Tex – первая запатентованная мембрана в мире;
Sympatex – германская высокотехнологичная мембрана, которую применяют в одежде и обуви;
eVent – усовершенствованная поровая мембрана, идеальна в одежде для экстремальных видов спорта;
ComforTex – мембрана от итальянского производителя с ветро- и водоотталкивающими свойствами.

Обратите внимание на особенности кроя

К процессу пошива производители относятся не менее щепетильно, чем к подбору ткани и типа мембраны. Если модель не будет идеально сидеть по фигуре, весь смысл мембранной одежды сойдет на нет.

На первом этапе модельеры подготавливают выкройку. Она должна учитывать главные нюансы будущей физической нагрузки. Здесь важно все: от расчета припуска на швы до ширины резинок на манжетах.

Для большей функциональности в одежде уплотняют места наиболее подверженные износу, делая основу изделия из более легких материалов. Это позволяет снизить стоимость, сохранив при этом качество и легкость готовой одежды.

На комбинезонах и брюках уплотняют низ штанин, области коленок и ягодиц. В курточках утолщение делают на локтях, манжетах, и плечах. Именно для мембранной одежды характерно смещение плечевых и швов на спинке – это позволяет снизить трение рюкзака во время длительных походов.

В целом мембранная одежда — не место для модельных изысков, поэтому производители выпускают 3 основных вида кроя:

Атлетичный – рассчитан на интенсивные физические нагрузки (бег, велоспорт). Предполагает идеальную посадку по фигуре (она, соответственно, тоже должна быть подтянутой). Одежда этого кроя максимально повторяет изгибы тела, под нее можно надеть только тоненькое термобелье и приталенную флисовую кофту.
Обычный крой более универсален . Он позволяет надеть термобелье и второй, более плотный утепляющий слой. В одежде этого пошива комфортно находиться длительное время, она не сковывает движений. Подходит для пеших походов, прогулок и других неинтенсивных движений.
Свободный крой моделируют специально для использования в условиях неустойчивого климата. Под такую одежду можно надеть разное количество утепляющих слоев. Она подойдет даже людям не с идеальным телосложением. Но главное назначение свободного кроя – использование во время экспедиций, длительных походов и для малоактивных видов спорта.

Все тонкости в деталях. Важный момент при выборе

Мембранная одежда – своего рода эталон в текстильном производстве. Она не терпит кривых строчек и тем более плохой фурнитуры. Но для ее хорошей функциональности нужен «надежный тыл».

На что обращать внимание при выборе. На примере обзора куртки The North Face Men Tethian jacket

Герметизация швов

Любая швейная иголка оставляет в ткани отверстия. И если в обычной одежде на них никто не обращает внимания, то в мембранной через эти отверстия может просочиться влага. Для устранения этого дефекта во всех моделях швы герметизируют, т.е. сверху проклеивают специальной лентой.

Вентиляция

Во время активного движения тело быстро нагревается. Для того чтобы максимально эффективно выводить образовавшееся тепло (пар), производители предусматривают дополнительную вентиляцию. На куртках в области подмышек, а на брюках вдоль внутреннего шва втачивают молнии. Иногда с ролью дополнительной вентиляции может справиться дополнительный откидной карман, который, впрочем, уместен только в облегченных моделях.

Капюшон

Верхняя часть куртки – одно из самых уязвимых мест во всем комплексе мембранной одежды. Здесь защиту должен держать капюшон. Для движения в обычных погодных условиях, подойдут модели с простым кроем. Они вполне справятся с умеренным дождем и снегопадом. Во время экстремальных путешествий и горных походов капюшон должен хорошо прилегать к шлему. Для этого ему придают более сложную форму и предусматривают несколько регулировок.

Молния

Фурнитуру в мембранной одежде используют самого высочайшего качества. Несмотря на то, что в хороших молниях зубцы максимально плотно прилегают друг к другу, в условиях сильного дождя, они тоже могут стать уязвимыми. В бюджетной одежде для дополнительной защиты молнии прячут под тканевую ланку. В более современных и дорогих моделях их обрабатывают специальным полимером. Он не дает воде просачиваться внутрь, так как имеет свойство ее отталкивать.

Обязательно проверьте перед покупкой все молнии (не только основные).

Поменять змейки (бегунки) в мембранной одежде очень сложно, так как во время ремонта может нарушиться герметичность швов, и изделие потеряет свои свойства.
Проверьте, удобно ли застегивать молнию в перчатках. Если она захватывает ткань, без сомнения отложите вещь в сторону. «Играться» с плохой молнией во время непогоды – занятие не из приятных.

Карманы

Эти элементы в мембранной одежде должны быть и удобными, и функциональными. Продумайте, что вам понадобиться в легкодоступном месте и соответствуют ли карманы этим требованиям.

Вышеперечисленные особенности такой одежды главные, но не единственные

Существуют и другие дополнительные опции:

вставки из флиса на внутренней поверхности куртки/брюк – обеспечивают дополнительную защиту мембраны;
гибкий козырек на капюшоне – прикроет лицо от ветра, дождя или снегопада;
снегозащитная юбка – для суровых холодов и занятий альпинизмом не просто дополнительная опция, а еще один основной фактор защиты.

Кто производит

Во время выбора мембранной одежды последнее, на что стоит обращать внимание – это цена изделия. К слову, она может быть и заоблачной, и более демократичной. Все зависит от «именитости» производителя, качества и типа мембраны, характеристик верхнего слоя ткани и т.д.

Самые известные производители такой одежды:

The North Face – широко известный во всем мире американский бренд. Разработчики фирмы непосредственно участвовали в усовершенствовании мембраны Gore-Tex. Одно из основных направлений – одежда для альпинизма. Сейчас в списке продукции фирмы практически весь арсенал вещей для занятий спортом и туризмом.
Marmot – североамериканская фирма с опытом работы более 50 лет. Выпускает одежду с мембраной PreCip.
Black Yak – фирма родом из Кореи, уверенно занимает ключевые позиции не только на рынке Азии, но и всего мира. Основное направление – одежда для альпинизма.
Arcteryx – эта канадская марка хорошо известно всем спортсменам-экстремалам. Фирма имеет многолетний опыт работы, заявила о себе еще в прошлом столетии и уверенно держится на рынке.
Norrona – европейский бренд, который первый выпустил куртку с мембраной по типу Gore-Tex. Одна из самых узнаваемых фирм в Скандинавии.
Декатлон – французский производитель бюджетной спортивной экипировки. Модели легко подобрать, благодаря доступной классификации. Перед поступлением в продажу все изделия тестируют, поэтому покупатель может быть уверен в качестве продукции. Цена мембранной одежды от «Декатлон» одна из самых демократичных.

Как правильно носить

Мембранная одежда предполагает наличие союзников. Для начала правильно . Оно должно соответствовать виду физической нагрузки. Если термобелье будет плохо справляться с выводом влаги, работа последующих слоев также под угрозой.
Второй слой одежды – он же утепляющий – должен работать в одной связке с термобельем и мембранной одеждой. Подбирайте флисовую кофту, джемпер в соответствии с температурным режимом. Надевайте при необходимости не один, а 2-3 слоя (). Сама же мембранная одежда – завершающее, 3 звено в общем комплексе.

Помните: только хорошо продуманный комплект одежды не испортит общее впечатление от носки вещей с мембраной. Если вы чувствуете холод или наоборот, слишком перегреваетесь, попробуйте заменить термобелье или второй слой.

Купив мембранную одежду, обязательно . Так вы продлите срок службы вещей и тем самым минимизируете одни из главных недостатков мембраны – дороговизну и недолговечность.

Мембранная одежда имеет как большое количество своих приверженцев, так и тех, кто не признает ее и доверяет обычным вещам. Первые всегда в курсе новинок, а вторых производители заманивают интересным кроем, яркими сочетаниями и даже акционными предложениями. Так, этот вид одежды постепенно завоевывает себе место на рынке, в наших шкафах, и делает это более чем уверенно, ведь ей не страшны ни модные тенденции, ни глобальное потепление и тем более погода в доме.

Клеточная мембрана также называется плазматической (или цитоплазматической) мембраной и плазмалеммой. Данная структура не только отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды, но также входит с состав большинства клеточных органелл и ядра, в свою очередь отделяя их от гиалоплазмы (цитозоля) - вязко-жидкой части цитоплазмы. Договоримся называть цитоплазматической мембраной ту, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды. Остальными терминами обозначать все мембраны.

Строение клеточной мембраны

В основе строения клеточной (биологической) мембраны лежит двойной слой липидов (жиров). Формирование такого слоя связано с особенностями их молекул. Липиды не растворяются в воде, а по-своему в ней конденсируются. Одна часть отдельно взятой молекулы липида представляет собой полярную головку (она притягивается водой, т. е. гидрофильна), а другая - пару длинных неполярных хвостов (эта часть молекулы отталкивается от воды, т. е. гидрофобна). Такое строение молекул заставляет их «прятать» хвосты от воды и поворачивать к воде свои полярные головки.

В результате образуется двойной липидный слой, в котором неполярные хвосты находятся внутри (обращены друг к другу), а полярные головки обращены наружу (к внешней среде и цитоплазме). Поверхность такой мембраны гидрофильна, а внутри она гидрофобна.

В клеточных мембранах среди липидов преобладают фосфолипиды (относятся к сложным липидам). Их головки содержат остаток фосфорной кислоты. Кроме фосфолипидов есть гликолипиды (липиды + углеводы) и холестерол (относится к стеролам). Последний придает мембране жесткость, размещаясь в ее толще между хвостами остальных липидов (холестерол полностью гидрофобный).

За счет электростатического взаимодействия, к заряженным головкам липидов присоединяются некоторые молекулы белков, которые становятся поверхностными мембранными белками. Другие белки взаимодействуют с неполярными хвостами, частично погружаются в двойной слой или пронизывают его насквозь.

Таким образом, клеточная мембрана состоит из двойного слоя липидов, поверхностных (периферических), погруженных (полуинтегральных) и пронизывающих (интегральных) белков . Кроме того, некоторые белки и липиды с внешней стороны мембраны связаны с углеводными цепями.

Это жидкостно-мозаичная модель строения мембраны была выдвинута в 70-х годах XX века. До этого предполагалась бутербродная модель строения, согласно которой липидный бислой находится внутри, а с внутренней и наружной стороны мембрана покрыта сплошными слоями поверхностных белков. Однако накопление экспериментальных данных опровергло эту гипотезу.

Толщина мембран у разных клеток составляет около 8 нм. Мембраны (даже разные стороны одной) отличаются между собой по процентному соотношению различных видов липидов, белков, ферментативной активности и др. Какие-то мембраны более жидкие и более проницаемые, другие более плотные.

Разрывы клеточной мембраны легко сливаются из-за физико-химических особенностей липидного бислоя. В плоскости мембраны липиды и белки (если только они не закреплены цитоскелетом) перемещаются.

Функции клеточной мембраны

Большинство погруженных в клеточную мембрану белков выполняют ферментативную функцию (являются ферментами). Часто (особенно в мембранах органоидов клетки) ферменты располагаются в определенной последовательности так, что продукты реакции, катализируемые одним ферментом, переходят ко второму, затем третьему и т. д. Образуется конвейер, который стабилизируют поверхностные белки, т. к. не дают ферментам плавать вдоль липидного бислоя.

Клеточная мембрана выполняет отграничивающую (барьерную) от окружающей среды и в то же время транспортную функции. Можно сказать, это ее самое главное назначение. Цитоплазматическая мембрана, обладая прочностью и избирательной проницаемостью, поддерживает постоянство внутреннего состава клетки (ее гомеостаз и целостность).

При этом транспорт веществ происходит различными способами. Транспорт по градиенту концентрации предполагает передвижение веществ из области с их большей концентрацией в область с меньшей (диффузия). Так, например, диффундируют газы (CO 2 , O 2).

Бывает также транспорт против градиента концентрации, но с затратой энергии.

Транспорт бывает пассивным и облегченным (когда ему помогает какой-нибудь переносчик). Пассивная диффузия через клеточную мембрану возможна для жирорастворимых веществ.

Есть особые белки, делающие мембраны проницаемыми для сахаров и других водорастворимых веществ. Такие переносчики соединяются с транспортируемыми молекулами и протаскивают их через мембрану. Так переносится глюкоза внутрь эритроцитов.

Пронизывающие белки, объединяясь, могут образовывать пору для перемещения некоторых веществ через мембрану. Такие переносчики не перемещаются, а образуют в мембране канал и работают аналогично ферментам, связывая определенное вещество. Перенос осуществляется благодаря изменению конформации белка, благодаря чему в мембране образуются каналы. Пример - натрий-калиевый насос.

Транспортная функция клеточной мембраны эукариот также реализуется за счет эндоцитоза (и экзоцитоза). Благодаря этим механизмам в клетку (и из нее) попадают крупные молекулы биополимеров, даже целые клетки. Эндо- и экзоцитоз характерны не для всех клеток эукариот (у прокариот его вообще нет). Так эндоцитоз наблюдается у простейших и низших беспозвоночны; у млекопитающих лейкоциты и макрофаги поглощают вредные вещества и бактерии, т. е. эндоцитоз выполняет защитную функцию для организма.

Эндоцитоз делится на фагоцитоз (цитоплазма обволакивает крупные частицы) и пиноцитоз (захват капелек жидкости с растворенными в ней веществами). Механизм этих процессов приблизительно одинаков. Поглощаемые вещества на поверхности клеток окружаются мембраной. Образуется пузырек (фагоцитарный или пиноцитарный), который затем перемещается внутрь клетки.

Экзоцитоз - это выведение цитоплазматической мембраной веществ из клетки (гормонов, полисахаридов, белков, жиров и др.). Данные вещества заключаются в мембранные пузырьки, которые подходят к клеточной мембране. Обе мембраны сливаются и содержимое оказывается за пределами клетки.

Цитоплазматическая мембрана выполняет рецепторную функцию. Для этого на ее внешней стороне располагаются структуры, способные распознавать химический или физический раздражитель. Часть пронизывающих плазмалемму белков с наружней стороны соединены с полисахаридными цепочками (образуя гликопротеиды). Это своеобразные молекулярные рецепторы, улавливающие гормоны. Когда конкретный гормон связывается со своим рецептором, то изменяет его структуру. Это в свою очередь запускает механизм клеточного ответа. При этом могут открываться каналы, и в клетку могут начать поступать определенные вещества или выводиться из нее.

Рецепторная функция клеточных мембран хорошо изучена на основе действия гормона инсулина. При связывании инсулина с его рецептором-гликопротеидом происходит активация каталитической внутриклеточной части этого белка (фермента аденилатциклазы). Фермент синтезирует из АТФ циклическую АМФ. Уже она активирует или подавляет различные ферменты клеточного метаболизма.

Рецепторная функция цитоплазматической мембраны также включает распознавание соседних однотипных клеток. Такие клетки прикрепляются друг к другу различными межклеточными контактами.

В тканях с помощью межклеточных контактов клетки могут обмениваться между собой информацией с помощью специально синтезируемых низкомолекулярных веществ. Одним из примеров подобного взаимодействия является контактное торможение, когда клетки прекращают рост, получив информацию, что свободное пространство занято.

Межклеточные контакты бывают простыми (мембраны разных клеток прилегают друг к другу), замковыми (впячивания мембраны одной клетки в другую), десмосомы (когда мембраны соединены пучками поперечных волокон, проникающих в цитоплазму). Кроме того, есть вариант межклеточных контактов за счет медиаторов (посредников) - синапсы. В них сигнал передается не только химическим, но и электрическим способом. Синапсами передаются сигналы между нервными клетками, а также от нервных к мышечным.

Слово мембрана имеет ряд значений, однако в общем смысле данный термин означает тонкую гибкую перегородку, перепонку или пластинку, которая может выполнять различные функции. В этой статье расскажем, что такое мембрана с точки зрения биологии и техники.

Мембрана в биологии

Мембрана (или клеточная мембрана) - это эластичная молекулярная структура, роль которой заключается в защите клетки от окружающей среды. Клеточная мембрана обеспечивает ее целостность, а также отвечает за обменные процессы между средой и клеткой.

Мембрана клетки состоит из белков и липидов, имеет толщину порядка 7 нм. Каждый "кирпичик" мембраны отвечает за определенную функцию данного клеточного органа. Липиды в мембране представлены тремя видами - фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.

Фосфолипиды и гликолипиды формируют гидрофобную и гидрофильную секции (гидрофобные участки направлены внутрь клетки, а гидрофильные — наружу), которые регулируют процесс обмена водой и подобных ей молекул между клеткой и окружающей средой. Холестерол придает мембране жесткость.

Белки, составляющие мембрану, могут выполнять многие функции, например, имеются белки-транспортеры, которые помогают необходимым веществам попасть в клетку.

Мембрана в технике

Предохранительная мембрана входит в состав мембранного предохранительного устройства, задача которого - обеспечить необходимый сброс парогазовой смеси при определенном давлении. Такие устройства применяются в качестве предохранителей технологического оборудования, трубопроводов и т.п.

При наличии опасных перегрузок мембрана разрывается, обеспечивая необходимую "разрядку", и сохраняет при этом целостность дорогостоящей и сложной технической системы.

Больше интересных понятий ищите в разделе .

Ни для кого не секрет, что все живые существа на нашей планете состоят их клеток, этих бесчисленных « » органической материи. Клетки же в свою очередь окружены специальной защитной оболочкой – мембраной, играющей очень важную роль в жизнедеятельности клетки, причем функции клеточной мембраны не ограничиваются только лишь защитой клетки, а представляют собой сложнейший механизм, участвующий в размножении, питании, регенерации клетки.

Что такое клеточная мембрана

Само слово «мембрана» с латыни переводится как «пленка», хотя мембрана представляет собой не просто своего роду пленку, в которую обернута клетка, а совокупность двух пленок, соединенных между собой и обладающих различными свойствами. На самом деле клеточная мембрана это трехслойная липопротеиновая (жиро-белковая) оболочка, отделяющая каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды, и осуществляющая управляемый обмен между клетками и окружающей средой, так звучит академическое определение того что, представляет собой клеточная мембрана.

Значение мембраны просто огромно, ведь она не просто отделяет одну клетку от другой, но и обеспечивает взаимодействие клетки, как с другими клетками, так и окружающей средой.

История исследования клеточной мембраны

Важный вклад в исследование клеточной мембраны был сделан двумя немецкими учеными Гортером и Гренделем в далеком 1925 году. Именно тогда им удалось провести сложный биологический эксперимент над красными кровяными тельцами – эритроцитами, в ходе которых ученые получили так званые «тени», пустые оболочки эритроцитов, которые сложили в одну стопку и измерили площадь поверхности, а также вычислили количество липидов в них. На основании полученного количества липидов ученые пришли к выводу, что их как раз хватаем на двойной слой клеточной мембраны.

В 1935 году еще одна пара исследователей клеточной мембраны, на этот раз американцы Даниэль и Доусон после целой серии долгих экспериментов установили содержание белка в клеточной мембране. Иначе никак нельзя было объяснить, почему мембрана обладает таким высоким показателем поверхностного натяжения. Ученые остроумно представили модель клеточной мембраны в виде сэндвича, в котором роль хлеба играют однородные липидо-белковые слои, а между ними вместо масла – пустота.

В 1950 году с появлением электронного теорию Даниэля и Доусона удалось подтвердить уже практическими наблюдениями – на микрофотографиях клеточной мембраны были отчетливо видны слои из липидных и белковых головок и также пустое пространство между ними.

В 1960 году американский биолог Дж. Робертсон разработал теорию о трехслойном строении клеточных мембран, которая долгое время считалась единственной верной, но с дальнейшим развитием науки, стали появляться сомнения в ее непогрешимости. Так, например, с точки зрения клеткам было бы сложно и трудозатратно транспортировать необходимые полезные вещества через весь «сэндвич»

И только в 1972 году американские биологи С. Сингер и Г. Николсон смогли объяснить нестыковки теории Робертсона с помощью новой жидкостно-мозаичной модели клеточной мембраны. В частности они установили что клеточная мембрана не однородна по своему составу, более того – ассиметрична и наполнена жидкостью. К тому же клетки пребывают в постоянном движении. А пресловутые белки, которые входят в состав клеточной мембраны имеют разные строения и функции.

Свойства и функции клеточной мембраны

Теперь давайте разберем, какие функции выполняет клеточная мембрана:

Барьерная функция клеточной мембраны – мембрана как самый настоящий пограничник, стоит на страже границ клетки, задерживая, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы

Транспортная функция клеточной мембраны – мембрана является не только пограничником у ворот клетки, но и своеобразным таможенным пропускным пунктом, через нее постоянно проходит обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой.

Матричная функция – именно клеточная мембрана определяет расположение относительно друг друга, регулирует взаимодействие между ними.

Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и параллельно за правильно соединение клеток друг с другом, за формирование их в однородную ткань.

Защитная функция клеточной мембраны является основой для построения защитного щита клетки. В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у , все это благодаря защитной функции мембраны.

Ферментативная функция – еще одна важная функция, осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов.

Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями:

Фагоцитоз – это клеточный обмен, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества.
Пиноцитоз – представляет собой процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной.
Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность.

Строение клеточной мембраны

В клеточной мембране имеются липиды трех классов:

фосфолипиды (представляются собой комбинацию жиров и ),
гликолипиды (представляют собой комбинацию жиров и углеводов),
холестерол.

Фосфолипиды и гликолипиды в свою очередь состоят из гидрофильной головки, в которую отходят два длинных гидрофобных хвостика. Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

Но как бы там ни было, а самой важной частью строения клеточной мембраны является белок, точнее разные белки, играющие различные важные роли. Несмотря на разнообразие белков содержащихся в мембране есть нечто, что их объединяет – вокруг всех белков мембраны расположены аннулярные липиды. Аннулярные липиды – это особые структурированные жиры, которые служат своеобразной защитной оболочкой для белков, без которой они бы попросту не работали.

Структура клеточной мембраны имеет три слоя: основу клеточной мембраны составляет однородный жидкий билипидный слой. Белки же покрывают его с обеих сторон наподобие мозаики. Именно белки помимо описанных выше функций также играют роль своеобразных каналов, по которым сквозь мембрану проходят вещества, неспособные проникнуть через жидкий слой мембраны. К таким относятся, например, ионы калия и натрия, для их проникновения через мембрану природой предусмотрены специальные ионные каналы клеточных мембран. Иными словами белки обеспечивают проницаемость клеточных мембран.

Если смотреть на клеточную мембрану через микроскоп, мы увидим слой липидов, образованный маленькими шарообразными молекулами по которому плавают словно по морю белки. Теперь вы знаете, какие вещества входят в состав клеточной мембраны.

Клеточная мембрана, видео

И в завершение образовательное видео о клеточной мембране.

Эта статья доступна на английском языке – .