Клеточные мембраны сложнее, чем кажется — Наззи Пакпур

Посетите страницу TED-Ed на Tumblr: http://teded.tumblr.com/

Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/cell-membranes-are-way-more-complicated-than-you-think-nazzy-pakpour

Клеточные мембраны состоят из противоречий. Эти маслянистые плёнки в сотни раз тоньше нитей паутины, но они настолько прочны, что способны защитить самые хрупкие составляющие жизни: жидкую цитоплазму клетки, генетический материал, органеллы и все молекулы, необходимые для выживания. Как же работает мембрана, и что делает её
такой прочной? Наззи Пакпур расскажет об этом.

Урок — Наззи Пакпур. Мультипликация — Zedem Media.

Клеточные мембраны
состоят из противоречий.

Эти маслянистые плёнки
в сотни раз тоньше нитей паутины,

но они настолько прочны, что способны
защитить самые хрупкие составляющие жизни:

жидкую цитоплазму клетки,
генетический материал, органеллы

и все молекулы, необходимые для выживания.

Как же работает мембрана,
и что делает её такой прочной?

Во-первых, как бы ни хотелось
представить мембрану

в виде натянутой поверхности шарика,

в реальности всё оказывается
намного сложнее.

На самом деле она в постоянном движении,

её компоненты постоянно перемещаются,
благодаря чему клетка питается,

избавляется от отходов,

впускает и выпускает особые молекулы,

взаимодействует с другими клетками,

собирает информацию об окружающей среде

и чинит саму себя.

Клеточная мембрана такая прочная, гибкая
и многофункциональная благодаря тому,

что состоит из многих плавающих частей,
объединённых в структуру,

которую биологи называют жидкой мозаикой.

Базовый элемент этой жидкой мозаики —

простая молекула,
которая называется фосфолипид.

У неё есть поляризованная,
электрически заряженная голова,

которая притягивает воду,

и неполяризованный хвост,
который воду отталкивает.

Молекулы связываются хвостами
и образуют двухслойную плёнку

толщиной всего пять-десять нанометров,
которая обхватывает всю клетку.

С одной стороны головы направлены
внутрь цитоплазмы,

с другой стороны — наружу,
в жидкую среду, окружающую клетку,

а липидные хвосты зажаты между ними.

Такая двойная плёнка при температуре тела
напоминает растительное масло,

и она полна других видов молекул,

например, белков,

углеводов

и холестерина.

Холестерин поддерживает жидкое состояние
мембраны на нужном уровне.

Ещё он участвует
в процессе общения клеток.

Клетки порой «разговаривают»
друг с другом,

впуская и выпуская вещества и белки.

Выпускать белки наружу легко,

а вот впустить их внутрь намного сложнее.

Происходит это благодаря процессу
под названием «эндоцитоз»,

при котором участки мембраны
обхватывают вещества,

образуя пузырьки, или везикулы,
которые отправляются внутрь клетки.

Как только захваченные вещества
выходят в цитоплазму,

пузырьки распадаются
и возвращаются в мембрану.

Самые сложные части
жидкой мозаики — это белки.

Одна из их главных задач — следить,

что сквозь мембрану проходят
именно те молекулы, которые должны.

Неполяризованные молекулы вроде кислорода,

углекислого газа,

а также некоторые витамины

могут с лёгкостью проходить сквозь
фосфолипидный слой.

А вот поляризованные и заряженные молекулы
не могут пройти через внутренний слой.

Трансмембранные белки протягиваются через
двухслойную плёнку, создавая каналы,

по которым могут проходить конкретные
молекулы вроде ионов калия и натрия.

Периферийные белки, плавающие
у внутренней поверхности мембраны,

привязывают её
к внутренней структуре клетки.

Другие белки в клеточной мембране помогают
связать разные двухслойные структуры.

Это может пойти на пользу, например,
во время оплодотворения,

но может и навредить, как это бывает
при контакте с вирусом.

Некоторые же белки перемещаются
по жидкой мозаике,

образуя вместе комплексы для выполнения
определённых функций.

Например, один комплекс подаёт нашей
иммунной системе сигнал к действию

и расходится, когда его работа выполнена.

На поверхности клеточной мембраны
постоянно идёт война

между нами и всем тем,
что стремится нам навредить.

Так, самые токсичные
из известных нам веществ —

это разрушающие мембрану белки,
выделяемые вредоносными бактериями.

Эти простенькие токсины проделывают
в мембране гигантские дыры,

через которые содержимое клетки
просто вытекает наружу.

Учёные разрабатывают способы защиты
от подобных веществ,

например, один из способов — наногубка,

которая защищает клетки
от опасных токсинов, впитывая их в себя.

Жизнь во всех её проявлениях существует
именно благодаря этой жидкой мозаике.

Без клеточной мембраны не было бы клеток,

а без клеток не было бы ни бактерий,

ни паразитов,

ни грибов,

ни животных,

ни, тем более, нас.