В 1972 году Г. Никольсоном и С. Сингером была предложена жидкостно-мозаичная модель строения плазматической мембраны. Она построена из двух слоев липидов, в которые включены молекулы белков.

Важными мембранными липидами являются фосфолипиды, обладающие гидрофильными головками (греческий hydor – вода и phileo – люблю, т.е. водорастворимые) и гидрофобными хвостами (греческий phobos – страх, боязнь, т.е. водонерастворимые) и поэтому образующими бислой на границе с водной фазой. В головках содержится остаток фосфорной кислоты, который соединяется с водой, а длинные неполярные хвосты представлены двумя цепями жирных кислот. Бислой липидов асимметричен; т.е. в каждом монослое располагаются различные липиды; например, гликолипиды находятся в наружном монослое, а их углеводные цепи направлены кнаружи, молекулы холестерина лежат во внутреннем, обращенном к цитоплазме слое, цитохромы находятся в наружном, а АТФ-синтетазы во внутреннем монослое.

Белки, входящие в состав плазматической мембраны, можно разделить на три группы:

1. Периферические, которые соединяются благодаря электростатическому взаимодействию с заряженными головками липидов.

2. Погруженные или полуинтегральные белки взаимодействуют с неполярными хвостами липидов. Большая часть погруженных белков - ферменты, которые на мембране образуют биохимический «конвейер», на котором в определенной последовательности осуществляется превращение веществ. Периферические белки не позволяют ферментам изменять порядок их расположения и тем самым «разорвать конвейер».

3. Пронизывающие или интегральные белки проходят через бислой липидов и обеспечивают передачу веществ в двух направлениях: в сторону клетки и обратно. Интегральные белки могут быть двух типов: переносчики и каналообразующие.

Каналообразующие – это пронизывающие белки, которые, собираясь в кружок, образуют пору, заполненную водой, через нее осуществляется прохождение растворенных неорганических веществ с одной стороны мембраны на другую.

Переносчики – это пронизывающие белки, которые будут осуществлять транспорт веществ через мембрану. Белки- переносчики транспортируют аминокислоты, сахара, ионы кальция, калия, натрия и др.

Оболочки разных типов клеток отличаются по химическому составу белков, гликопротеинов и липидов и их относительному содержанию. Например:

1. В мембране митохондрий больше всего белков – ферментов (АТФ-аза) – это погруженные белки, а также белков – переносчиков электронов – это пронизывающие белки.

2. В мембране лизосом много белков периферических.

В мембране животных клеток много липидов – холестерина (до 30%), а в мембране митохондрий – фосфолипидов.

Надмембранная структура.

Надмембранная структура образована слоем углеводов, который по строению отличается:

1. В животной клетке - это полисахаридный слой толщиной примерно 10-20 нм., покрывающий плазмалемму и называется гликокаликсом. Углеводы образуют длинные ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанных с белками (гликопротеины) и в меньшей степени с липидами (гликолипиды), входящими в состав плазмалеммы. Многие из молекул гликокаликса функционируют в качестве специфических молекулярных рецепторов. Концевой свободный отдел рецептора, обладает уникальной пространственной конфигурацией. Поэтому с ним могут объединятся только те молекулы, находящиеся вне клетки, которые обладают такой же уникальной конфигурацией, но зеркально симметричной по отношению к рецептору. Благодаря специфичности рецептора на поверхности клетки могут закрепляться сигнальные молекулы, например, молекулы гормонов. Если в гликокаликсе нет специфических молекул, то клетка не реагирует на внешние вещества, т.е. гликокаликс вместе с плазмалеммой в этом случае обеспечивает барьерную функцию.

2. В растительной клетке - это слой полисахаридов (целлюлоза), который представляет собой длинные неразветвленные цепочки, состоящие из 3-10 тысяч остатков глюкозы, образующих плотную стенку. Компоненты клеточной стенки синтезируются самой клеткой, выделяются из цитоплазмы и собираются на мембране клетки, образуя сложный комплекс.

Клеточная стенка у растений выполняет: 1)защитную функцию; 2)образует внешний каркас; 3)обеспечивает тургорные свойства клетки, регулируя поступление воды.

Субмембранные структуры.

Под плазмалеммой расположен кортикальный (корковый) слой цитоплазмы с микрофиламентами и микротрубочками. Эти структуры обеспечивают механическую устойчивость плазмалеммы и связаны с процессами мембранного транспорта и рецепции.

Микротрубочки прочны и образуют опорные структуры цитоскелета. Часть микротрубочек располагается в соответствии с силами сжатия и натяжения, которые испытывает клетка. Особенно хорошо это заметно в клетках эпителиальных тканей, которые разграничивают разные среды организма.

Микрофиламенты – это белковые нити, образованные различными видами молекул актина. Актиновые филаменты могут группироваться в пучки, образующие собственно опорные структуры цитоскелета. Микрофиламенты соединенные с плазмалеммой способны менять ее конфигурацию. Этот механизм используется клеткой при образовании выростов ее поверхности, при поступлении веществ в клетку посредством пиноцитоза и фагоцитоза.