Клетка зялёнай расліны. Мембраны

Вы знаходзіцеся: Клетка зялёнай расліны

Пратапласт знадворку і знутры абмежаваны мембранамі - плазмалеммой і тонопластом; плазмалемма адлучае яго ад клеткавай сценкі, а тонопласт - ад вакуолі. У электронным мікраскопе (пры павелічэнні ў мільён разоў і больш) гэтыя мембраны, якая адпавядае выявай афарбаваныя, выглядаюць як дзве цёмныя палосы, размешчаныя на адлегласці 6-10 нм адзін ад аднаго. У пратапласце маюцца таксама розныя цельцы, так званыя арганэлы. Сярод іх першым чынам кідаюцца ў вочы адно буйнае ядро і шматлікія драбнейшыя мітахондрыі і хларапласты. У кожнай з арганэл ёсць свае функцыі. Гэтыя функцыі ажыццяўляюцца ва ўнікальным унутраным асяроддзі, стваранай выбарчай пранікальнасцю і іншымі спецыфічнымі ўласцівасцямі мембран, якія атачаюць арганэлу і што адлучаюць яе ад усяго астатняга пратапласта. Выбарчая пранікальнасць азначае, што розныя рэчывы пранікаюць скрозь дадзеную мембрану з рознымі хуткасцямі, галоўным чынам па чынніку рознай іх растваральнасці ў асобных кампанентах мембраны.

Маюцца таксама своеасаблівыя 'помпы', т. е. сістэмы, актыўна якія перапампоўваюць праз мембрану тыя ці іншыя рэчывы з выкарыстаннем для гэтай мэты энергіі. Вынікам такой дзейнасці апыняецца нераўнамернае размеркаванне некаторых рэчываў ці элементаў: калій, напрыклад, прысутнічае звычайна ў пратапласце ў значна больш высокай канцэнтрацыі, чым у вонкавым асяроддзі, тады як роднасны яму элемент натрый у большасці раслін практычна 'выштурхваецца' з пратапласта.

Метадам дыферэнцыяльнага цэнтрыфугавання мембраны вылучаюць з клетак (пры гэтым ва ўляганні апыняецца сумесь розных мембран) і падвяргаюць хімічнаму аналізу. Падчас вылучэнні мембраны звычайна рвуцца, паколькі гэта структуры тонкія і далікатныя, з вельмі вялікім пляцам паверхні; аднак затым канцы іх фрагментаў часта зліваюцца, і тады ўзнікаюць сферычныя бурбалкі. Аналіз такіх бурбалак, атрыманых з вялікага ліку розных мембран, выявіў у іх прысутнасць двух галоўных кампанентаў: вавёрка і фасфаліпіда. Ліпіды з розных мембран у дастатковай меры падобныя, што ж дакранаецца бялкоў, то кожнаму тыпу мембран уласцівы свой тып бялку, які адпавядае тым фізіялагічным функцыям, якія дадзеная мембрана выконвае ў клетцы.

Вядома, напрыклад, што актыўныя вавёркі (ферменты), якія рэгулююць транспарт мінеральных рэчываў - паступленне іх у клетку і выйсце з клеткі, - лакалізуюцца ў плазмалемме і тонопласте; ферменты, што ўдзельнічаюць у фотасінтэзе, засяроджаны ў мембранных сістэмах зялёных хларапластаў; і нарэшце, ферменты, якія каталізуюць акісляльныя рэакцыі працэсу дыхання, знаходзяцца ў митохондриальных мембранах.

Калі змяшаць адпаведныя фасфаліпіды і вавёркі і вырабіць гэту сумесь на паверхню вады, то спантана ўтворацца мембраноподобные структуры, падобныя па таўшчыні з біялагічнымі мембранамі. Даследаванне такіх штучных мембран, прыгатаваных з бялкоў і ліпідаў прыродных мембран, дае нам магчымасць лепш зразумець структуру і функцыю біялагічных мембран. Штучныя мембраны выяўляюць розную пранікальнасць для розных іёнаў у залежнасці ад прыроды бялкоў і ліпідаў, якія ўваходзяць у іх склад. Надзвычай цікавыя эфекты можна назіраць пры даданні да штучных мембран некаторых антыбіётыкаў. Валиномицин, напрыклад, дзякуючы сваёй структуры (т. е. вызначаным памерам і зараду малекулы) апыняецца здольным прыцягваць і ўтрымліваць іёны калія, але не прыцягвае іёнаў натрыю. Калі дадаць валиномицин да штучнай мембраны, якая адлучае растворы з іёнамі Да+ і Na+ ад чыстай вады, то хуткасць перасоўвання іёнаў Да+ праз мембрану ўзрасце ў некалькі разоў, тады як хуткасць пераносу іёнаў Na+ застанецца практычна нязменнай. Інакш дзейнічае граміцыдзін, малекула якога мае іншыя памеры і іншую структуру: пры даданні да мембраны граміцыдзіну павялічваецца хуткасць пераносу абодвух іёнаў - не толькі Да+, але і Na+. Штучныя мембраны выкарыстоўваюцца таксама для вывучэння механізмаў, пры дапамозе якіх святло і гармоны рэгулююць рост раслін (пра гэта мы будзем казаць у гл. 11).

Плазмалемма звернутая адным сваім бокам да клеткавай сценкі, а іншы - да цытаплазмы; абодва гэтыя оводненные структуры кантактуюць, як прынята лічыць, з гідрафільнымі, зараджанымі ўчасткамі мембран. Паколькі вавёркі ўтрымоўваюць больш зараджаных груп, чым ліпіды, у першых мадэлях мембран меркавалася, што плазмалемма складаецца з двух вонкавых бялковых пластоў (дзве цёмныя лініі на мал. 2.3) і аднаго ліпіднага пласта паміж імі. Такая мадэль мембраннай структуры заставалася агульнапрызнанай да пачатку 1970-х гг., калі былі атрыманы некаторыя новыя дадзеныя і стала ясна, што мадэль мае патрэбу ў пераглядзе. Несумяшчальнымі з гэтай мадэллю 'сэндвіча' апынуліся, напрыклад, дадзеныя электроннай мікраскапіі, атрыманыя метадам замарожвання - тручэнні. Доследную тканіну спачатку замарожваюць у вадкім азоце, а затым расколваюць тупым микротомным нажом, так што скол праходзіць у плоскасці, паралельнай паверхні мембраны (мал. 2.6). Пасля гэтага ўзор вытрымліваюць пад вакуумам для ўзгонкі лёду (сублімацыі). Гэта працэдура і завецца тручэннем. Затым узор напыляют вуглём ці металам, каб выявіць дэталі будынка якая агалілася паверхні.

Атрыманая такім чынам рэпліка (копія) паверхні прэпарата і з'яўляецца аб'ектам электронна-мікраскапічнага даследавання. На такіх рэпліках бачныя ўкрапаныя ў гладкую паверхню мембраны буйныя часціцы - глабулярныя вавёркі. Наяўнасць адмысловага 'малюнка' паверхні мембраны атрымалася пацвердзіць і іншым метадам, а менавіта з дапамогай пектинов- адмысловых бялкоў (іх вылучаюць з насення), якія прымацоўваюцца да дыскрэтных і спецыфічных бялковых рэцэптараў на мембраннай паверхні і дазваляюць выявіць гэтыя рэцэптары.

Вынікі, атрыманыя гэтымі і некаторымі іншымі метадамі, далечы магчымасць выказаць здагадку, што мембраны маюць мазаічны будынак і складаюцца з ліпіднага матрикса, у які ў розных месцах украпаны вавёркі (мал. 2.8). Такая мадэль улічвае, што не ўсе ўчасткі бялковай малекулы гідрафільныя, а ліпіды не цалкам гідрафобныя. Паводле гэтай мадэлі, зараджаныя (палярныя) групы бялковых і ліпідных малекул знаходзяцца на вонкавай паверхні мембраны, у кантакце з клеткавай вадой, а незараджаныя (непалярныя) групы ўтвораць унутраную гідрафобную частку мембраны. Мяркуецца таксама, што адны вавёркі нетрывала прымацаваны да вонкавай паверхні мембраны, тады як іншыя (так званыя інтэгральныя вавёркі) праймаюць усю тоўшчу мембраны. Да такога зняволення прыводзяць біяхімічныя эксперыменты: яны паказваюць, што частка бялкоў лёгка адлучаецца ад мембран, а аддзяленне іншых апыняецца магчымым толькі пасля поўнага распаду мембраннай структуры.

На падставе першых даследаванняў структура мембран уяўлялася нам стабільнай і цвёрдай, аднак у апошні час хутка назапашваюцца дадзеныя, якія сведчаць пра тое, што прынамсі ліпідны кампанент мембран мае вадкасную прыроду і, такім чынам, мабільны. Акрамя таго, досведы з радыёактыўна мечанымі папярэднікамі асобных мембранных кампанентаў паказалі, што хуткасць метабалічнага абнаўлення некаторых участкаў мембраны вельмі высокая,

т. е. што гэтыя ўчасткі бесперапынна руйнуюцца і ресинтезируются. Уводзячы пазначаныя папярэднікі ў спелую тканіну, мы можам назіраць, як яны ўключаюцца ў мембраны, застаюцца ў іх на працягу некалькіх гадзін, а затым знікаюць з мембран і выяўляюцца ў якіх-небудзь іншых частках клеткі.