Який процес виконує клітинна мембрана. Мембрани: їх будова та функціонування

Клітинна мембрана - це структура, що покриває клітину ззовні. Її також називають цитолема чи плазмолемма.

Дана освіта побудована з біліпідного шару (бішару) з вбудованими в нього білками. Вуглеводи, що входять до складу плазмолеми, знаходяться у зв'язаному стані.

Розподіл основних компонентів плазмолеми виглядає так: більше половини хімічного складу припадає на білки, чверть займають фосфоліпіди, десяту частину – холестерол.

Клітинна мембрана та її види

Мембрана клітини – тонка плівка, основу якої складають пласти ліпопротеїдів та білків.

По локалізації виділяють мембранні органели, що мають деякі особливості в рослинних та тваринних клітинах:

мітохондрії;
ядро;
ендоплазматичний ретикулум;
комплекс Гольджі;
лізосоми;
хлоропласти (у рослинних клітинах).

Також є внутрішня та зовнішня (плазмолема) клітинна мембрана.

Будова клітинної мембрани

Клітинна мембрана містить вуглеводи, які покривають її, як глікокаліксу. Це надмембранна структура, що виконує бар'єрну функцію. Білки, розташовані тут, перебувають у вільному стані. Незв'язані протеїни беруть участь у ферментативних реакціях, забезпечуючи позаклітинне розщеплення речовин.

Білки цитоплазматичної мембрани є глікопротеїнами. За хімічним складом виділяють протеїни, включені в ліпідний шар повністю (на всьому протязі) – інтегральні білки. Також периферичні, що не досягають однієї з поверхонь плазмолеми.

Перші функціонують як рецептори, зв'язуючись із нейромедіаторами, гормонами та іншими речовинами. Вставні білки необхідні для побудови іонних каналів, якими здійснюється транспорт іонів, гідрофільних субстратів. Другі є ферментами, що каталізують внутрішньоклітинні реакції.

Основні властивості плазматичної мембрани

Ліпідний бислой перешкоджає проникненню води. Ліпіди – гідрофобні сполуки, представлені у клітині фосфоліпідами. Фосфатна група звернена назовні і складається з двох шарів: зовнішнього, спрямованого у позаклітинне середовище, та внутрішнього, що відмежовує внутрішньоклітинний вміст.

Водорозчинні ділянки звуться гідрофільних головок. Ділянки з жирною кислотою спрямовані всередину клітини у вигляді гідрофобних хвостів. Гідрофобна частина взаємодіє із сусідніми ліпідами, що забезпечує прикріплення їх один до одного. Подвійний шар має вибіркову проникність на різних ділянках.

Так, усередині мембрана непроникна для глюкози та сечовини, тут вільно проходять гідрофобні речовини: діоксид вуглецю, кисень, алкоголь. Важливе значення має холестерол, вміст останнього визначає в'язкість плазмолеми.

Функції зовнішньої мембрани клітини

Характеристики функцій коротко перелічені у таблиці:

Функція мембрани	Опис
Бар'єрна роль	Плазмолема виконує захисну функцію, оберігаючи вміст клітин від впливу чужорідних агентів. Завдяки особливій організації білків, ліпідів, вуглеводів забезпечується напівпроникність плазмолеми.
Рецепторна функція	Через клітинну мембрану відбувається активація біологічно активних речовин у зв'язуванні з рецепторами. Так, імунні реакції опосередковуються через розпізнавання чужорідних агентів рецепторним апаратом клітин, локалізованим на клітинній мембрані.
Транспортна функція	Наявність пір у плазмолемі дозволяє регулювати надходження речовин усередину клітини. Процес перенесення протікає пасивно (без витрат енергії) для сполук низької молекулярної масою. Активне перенесення пов'язане з витратами енергії, що вивільняється при розщепленні аденозинтрифосфоту (АТФ). Цей спосіб має місце для перенесення органічних сполук.
Участь у процесах травлення	На клітинній мембрані відбувається осадження речовин (сорбція). Рецептори зв'язуються субстратом, переміщуючи його усередину клітини. Утворюється бульбашка, що вільно лежить усередині клітини. Зливаючись, такі бульбашки формують лізосоми із гідролітичними ферментами.
Ферментативна функція	Ензими, необхідні складові внутрішньоклітинного травлення. Реакції, що вимагають участі каталізаторів, протікають за участю ферментів.

Яке значення має клітинна мембрана

Клітинна мембрана бере участь у підтримці гомеостазу за рахунок високої селективності речовин, що надходять і виходять із клітини (у біології це носить назву виборчої проникності).

Вирости плазмолеми поділяють клітину на компартменти (відсіки), відповідальні за виконання певних функцій. Специфічно влаштовані мембрани, що відповідають рідинно-мозаїчної схеми, забезпечують цілісність клітини.

9.5.1. Одна з головних функцій мембран – участь у перенесенні речовин. Цей процес забезпечується за допомогою трьох основних механізмів: простою дифузією, полегшеною дифузією та активним транспортом (рисунок 9.10). Запам'ятайте найважливіші особливості цих механізмів та приклади транспортованих речовин у кожному випадку.

Малюнок 9.10.Механізми транспортування молекул через мембрану

Проста дифузія- перенесення речовин через мембрану без спеціальних механізмів. Транспорт відбувається за градієнтом концентрації без витрати енергії. Шляхом простої дифузії транспортуються малі біомолекули - Н2 Про, СО2, О2, сечовина, гідрофобні низькомолекулярні речовини. Швидкість простої дифузії пропорційна градієнту концентрації.

Полегшена дифузія- перенесення речовин через мембрану за допомогою білкових каналів чи спеціальних білків-переносників. Здійснюється за градієнтом концентрації без витрати енергії. Транспортуються моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, гліцерол, деякі іони. Характерна кінетика насичення - при певній (насичувальної) концентрації речовини, що переноситься, в переносі беруть участь всі молекули переносника і швидкість транспорту досягає граничної величини.

Активний транспорт- також вимагає участі спеціальних білків-переносників, але перенесення відбувається проти концентрації градієнта і тому вимагає витрати енергії. За допомогою цього механізму через клітинну мембрану транспортуються іони Na+, K+, Ca2+, Mg2+, через мітохондріальну – протони. Для активного транспорту речовин характерна кінетика насичення.

9.5.2. Прикладом транспортної системи, що здійснює активний транспорт іонів, є Na+, K+-аденозинтрифосфатаза (Na+, K+-АТФаза або Na+, K+-насос). Цей білок знаходиться в товщі плазматичної мембрани та здатний каталізувати реакцію гідролізу АТФ. Енергія, що виділяється при гідролізі 1 молекули АТФ, використовується для перенесення 3 іонів Na+ з клітини у позаклітинний простір та 2 іонів К+ у зворотному напрямку (рисунок 9.11). Внаслідок дії Na+,K+-АТФази створюється різниця концентрацій між цитозолем клітини та позаклітинною рідиною. Оскільки перенесення іонів нееквівалентний, виникає різниця електричних потенціалів. Таким чином, виникає електрохімічний потенціал, який складається з енергії різниці електричних потенціалів Δφ та енергії різниці концентрацій речовин ΔС по обидва боки мембрани.

Малюнок 9.11.Схема Na+, K+-насоса.

9.5.3. Перенесення через мембрани частинок та високомолекулярних сполук

Поряд із транспортом органічних речовин та іонів, здійснюваним переносниками, в клітині існує зовсім особливий механізм, призначений для поглинання клітиною та виведення з неї високомолекулярних сполук за допомогою зміни форми біомембрани. Такий механізм називають везикулярним транспортом.

Малюнок 9.12.Типи везикулярного транспорту: 1 – ендоцитоз; 2 – екзоцитоз.

При перенесенні макромолекул відбувається послідовне утворення та злиття оточених мембраною бульбашок (везикул). У напрямку транспорту та характеру переносимих речовин розрізняють такі типи везикулярного транспорту:

Ендоцитоз(рисунок 9.12, 1) - перенесення речовин у клітину. Залежно від розміру везикул, що утворюються, розрізняють:

а) піноцитоз - поглинання рідини та розчинених макромолекул (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот) за допомогою невеликих бульбашок (150 нм у діаметрі);

б) фагоцитоз - поглинання великих частинок, таких як мікроорганізми або уламки клітин. І тут утворюються великі бульбашки, звані фагосомами діаметром понад 250 нм.

Піноцитоз характерний більшості еукаріотичних клітин, тоді як великі частинки поглинаються спеціалізованими клітинами - лейкоцитами і макрофагами. На першій стадії ендоцитозу речовини або частки адсорбуються на поверхні мембрани, цей процес відбувається без енергії. На наступній стадії мембрана з адсорбованою речовиною заглиблюється у цитоплазму; Локальні вп'ячування плазматичної мембрани, що утворилися, відшнуровуються від поверхні клітини, утворюючи бульбашки, які потім мігрують всередину клітини. Цей процес пов'язаний системою мікрофіламентів та є енергозалежним. Бульбашки і фагосоми, що надійшли в клітину, можуть зливатися з лізосомами. Ферменти, що містяться в лізосомах, розщеплюють речовини, що містяться в бульбашках і фагосомах до низькомолекулярних продуктів (амінокислот, моносахаридів, нуклеотидів), які транспортуються в цитозоль, де вони можуть бути використані клітиною.

Екзоцитоз(Рисунок 9.12, 2) - перенесення частинок і великих сполук з клітини. Цей процес, як і ендоцитоз, протікає із поглинанням енергії. Основними різновидами екзоцитозу є:

а) секреція - виведення з клітин водорозчинних сполук, які використовуються або впливають на інші клітини організму. Може здійснюватися як неспеціалізованими клітинами, так і клітинами ендокринних залоз, слизової оболонки шлунково-кишкового тракту, пристосованими для секреції вироблених ними речовин (гормонів, нейромедіаторів, проферментів) залежно від певних потреб організму.

Секретовані білки синтезуються на рибосомах, пов'язаних з мембранами шорсткого ендоплазматичного ретикулуму. Потім ці білки транспортуються до апарату Гольджі, де вони модифікуються, концентруються, сортуються, потім упаковуються в бульбашки, які відщеплюються в цитозоль і надалі зливаються з плазматичною мембраною, так що вміст бульбашок виявляється поза клітиною.

На відміну від макромолекул, частинки малих розмірів, що секретуються, наприклад, протони, транспортуються з клітини за допомогою механізмів полегшеної дифузії та активного транспорту.

б) екскреція - видалення з клітин речовин, які не можуть бути використані (наприклад, видалення в ході еритропоезу з ретикулоцитів сітчастої субстанції, що являє собою агреговані залишки органел). Механізм екскреції, мабуть, полягає в тому, що спочатку частинки, що виділяються, виявляються в цитоплазматичному бульбашці, який потім зливається з плазматичною мембраною.

Мембрани біологічні.
Термін "мембрана" (лат. membrana - шкірка, плівка) почали використовувати більше 100 років тому для позначення клітинного кордону, що служить, з одного боку, бар'єром між вмістом клітини та зовнішнім середовищем, а з іншого - напівпроникною перегородкою, через яку можуть проходити вода та деякі речовини. Однак цим функції мембрани не вичерпуються,оскільки біологічні мембрани становлять основу структурної організації клітини.
Будова мембрани. Відповідно до цієї моделі основної мембрани є ліпідний бислой, в якому гідрофобні хвости молекул звернені всередину, а гідрофільні головки назовні. Ліпіди представлені фосфоліпідпмі - похідними гліцерину або сфінгозину. З ліпідним шаром пов'язані білки. Інтегральні (транмембрані) білки пронизують мембрану наскрізь і міцно з нею пов'язані; переферичні не пронизують та пов'язані з мембраною менш міцно. Функції мембранних білків: підтримка структури мембран, отримання та перетворення сигналів з окр. середовища, транспорт деяких речовин, каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах Товщина мембрани становить від 6 до 10 нм.

Властивості мембрани:
1. Плинність. Мембрана не є жорсткою структурою- більша частина білків і ліпідів, що входять до її складу, може переміщатися в площині мембран.
2. Асиметрія. Склад зовнішнього та внутрішнього шарів як білків, так і ліпідів різний. Крім того, плазматичні мембрани тварин клітин зовні мають шар глікопротеїнів (глікоколікс, що виконує сигнальну та рецепторні функції, а також має значення для об'єднання клітин у тканини)
3. Полярність. Зовнішня сторона мембрани несе позитивний заряд, а внутрішня негативний.
4. Виборча проникність. Мембрани живих клітин пропускають, крім води, лише певні молекули та іони розчинених речовин. іони розчинених речовин.)

Зовнішня клітинна мембрана (плазмалема) – ультрамікроскопічна плівка товщиною 7.5нм, що складається з білків, фосфоліпідів та води. Еластична плівка, що добре змочується водою і цілісність, що швидко відновлюється після пошкодження. Має універсальну будову, типову для всіх біологічних мембран. Прикордонне положення цієї мембрани, її участь у процесах виборчої проникності, піноцитоз, фагоцитоз, виведення продуктів виділення та синтез, у взаємозв'язку з сусідніми клітинами та захист клітин від пошкоджень робить її роль виключно важливою. Тварини зовні від мембрани іноді бувають покриті тонким шаром, що складається з полісахаридів і білків, - глікокаліксом. У рослинних клітин зовні від клітинної мембрани знаходиться міцна, що створює зовнішню опору та підтримує форму клітини клітинна стінка. Вона складається з клітковини (целюлози)-нерозчинного у воді полісахариду.

Клітинні мембрани

В основі структурної організації клітин лежить мембранний принцип будови, тобто клітина в основному побудована з мембран. Усі біологічні мембрани мають загальні структурні особливості та властивості.

В даний час загальноприйнята рідинно-мозаїчна модель будови мембрани.

Хімічний склад та будова мембрани

Основу мембрани становить ліпідний бислой, утворений в основному фосфоліпідами. Ліпіди складають у середньому 40% хімічного складу мембрани. У бислое хвости молекул у мембрані звернені друг до друга, а полярні головки - назовні, тому поверхня мембрани гідрофільна. Ліпіди визначають основні властивості мембран.

Крім ліпідів до складу мембрани входять білки (у середньому ≈60%). Вони визначають більшість специфічних функцій мембрани. Молекули білків не утворюють суцільного шару (рис. 280). Залежно від локалізації у мембрані розрізняють:

Мембранні білки можуть виконувати різні функції:

каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах;

До складу мембран може входити від 2 до 10% вуглеводів. Вуглеводний компонент мембран зазвичай представлений олігосахаридними або полісахаридними ланцюгами, пов'язаними з молекулами білків (глікопротеїни) або ліпідів (гліколіпіди). В основному вуглеводи розміщуються на зовнішній поверхні мембрани. Функції вуглеводів клітинної мембрани остаточно не з'ясовані, проте можна сказати, що вони забезпечують рецепторні функції мембрани.

У тварин клітинах глікопротеїни утворюють надмембранний комплекс. глікокаліксмає товщину в кілька десятків нанометрів. У ньому відбувається позаклітинне травлення, розташовуються багато рецепторів клітини, з його допомогою, мабуть, відбувається адгезія клітин.

Молекули білків та ліпідів рухливі, здатні переміщатися , головним чином, у площині мембрани. Мембрани асиметричні , тобто ліпідний та білковий склад зовнішньої та внутрішньої поверхні мембрани різний.

Товщина плазматичної мембрани загалом 7,5 нм.

Одна з основних функцій мембрани - транспортна, що забезпечує обмін речовин між клітиною та зовнішнім середовищем. Мембрани мають властивість вибіркової проникності, тобто добре проникні для одних речовини або молекул і погано проникні (або зовсім непроникні) для інших. Проникність мембран для різних речовин залежить і від властивостей їх молекул (полярність, розмір і т.д.) і від характеристики мембран (внутрішня частина ліпідного шару гідрофобну).

Існують різні механізми транспортування речовин через мембрану (рис. 281). Залежно від необхідності використання енергії для здійснення транспорту речовин розрізняють:

Пасивний транспорт

В основі пасивного транспорту лежить різниця концентрацій та зарядів. p align="justify"> При пасивному транспорті речовини завжди переміщуються з області з більш високою концентрацією в область з більш низькою, тобто по градієнту концентрації. Якщо молекула заряджена, то її транспорт впливає і електричний градієнт. Тому часто говорять про електрохімічний градієнт, об'єднуючи обидва градієнти разом. Швидкість транспорту залежить від величини градієнта.

Розрізняють три основні механізми пасивного транспорту:

© Проста дифузія- транспорт речовин безпосередньо через ліпідний бислой. Через нього легко проходять гази, неполярні чи малі незаряджені полярні молекули. Чим менше молекула і чим більше вона жиророзчинна, тим швидше вона проникає через мембрану. Цікаво, що вода, незважаючи на те, що вона відносно нерозчинна у жирах, дуже швидко проникає через ліпідний бішар. Це тим, що її молекула мала і електрично нейтральна. Дифузію води через мембрани називають осмосом.

Дифузія через мембранні канали. Заряджені молекули та іони (Na + , K + , Ca 2+ , Cl -) не здатні проходити через ліпідний бислой шляхом простої дифузії, проте вони проникають через мембрану, завдяки наявності в ній особливих каналоутворюючих білків, що формують водяні пори.

транспортних білків, кожен із яких відповідає за транспорт певних молекул чи груп споріднених молекул. Вони взаємодіють з молекулою речовини, що переноситься, і яким-небудь способом переміщують її крізь мембрану. Таким чином у клітину транспортуються цукру, амінокислоти, нуклеотиди та багато інших полярних молекул.

Активний транспорт

Необхідність активного транспорту виникає тоді, коли необхідно забезпечити перенесення через мембрану молекул проти електрохімічного градієнта. Цей транспорт здійснюється білками-переносниками, діяльність яких потребує витрат енергії. Джерелом енергії є молекули АТФ.

Однією з найбільш вивчених систем активного транспорту є натрій-калієвий насос. Концентрація K всередині клітини значно вища, ніж її межами, а Na - навпаки. Тому через водяні пори мембрани пасивно дифундує з клітини, а Na - в клітину. Разом з тим, для нормального функціонування клітини важливо підтримувати певне співвідношення іонів К і Na у цитоплазмі та зовнішньому середовищі. Це виявляється можливим тому, що мембрана завдяки наявності (Na + K)-насоса активно перекачує Na з клітини, а K в клітину. На роботу (Na+K)-насоса витрачається майже третина всієї енергії, необхідної для життєдіяльності клітини.

Насос являє собою особливий трансмембранний білок мембрани, здатний до конформаційних змін, завдяки чому він може приєднувати себе як іони До, так і іони Na. Цикл роботи (Na + K)-насоса складається з кількох фаз (рис. 282):

з внутрішньої сторони мембрани до білка-насоса надходять іони Na і молекула АТФ, а з зовнішньої - іони K;

За один цикл роботи насос викачує з клітини 3 іона Na і закачує 2 іона До. Така різниця в кількості іонів, що переносяться пов'язана з тим, що проникність мембрани для іонів До вище, ніж для іонів Na. Відповідно, K швидше пасивно дифундує з клітини, ніж Na в клітину.

великих частинок (наприклад, фагоцитоз лімфоцитів, найпростіших та ін);

Екзоцитоз- процес виведення різних речовин із клітини. При екзоцитозі мембрана везикули (або вакуолі) при зіткненні із зовнішньою цитоплазматичною мембраною зливається з нею. Вміст везикули виводиться межі льотки, та її мембрана входить у складі зовнішньої цитоплазматичної мембрани.

Клітинна мембранатакож називається плазматичною (або цитоплазматичною) мембраною та плазмалемою. Дана структура не тільки відокремлює внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища, але також входить до складу більшості клітинних органел та ядра, у свою чергу відокремлюючи їх від гіалоплазми (цитозолю) - в'язко-рідкої частини цитоплазми. Домовимося називати цитоплазматичною мембраноюту, що відокремлює вміст клітини від зовнішнього середовища. Іншими термінами позначатимуть усі мембрани.

В основі будови клітинної (біологічної) мембрани лежить подвійний шар ліпідів (жирів). Формування такого шару пов'язані з особливостями їх молекул. Ліпіди не розчиняються у воді, а по-своєму у ній конденсуються. Одна частина окремо взятої молекули ліпіду є полярною голівкою (вона притягується водою, тобто гідрофільна), а інша - пару довгих неполярних хвостів (ця частина молекули відштовхується від води, тобто гідрофобна). Така будова молекул змушує їх «ховати» хвости від води та повертати до води свої полярні голівки.

В результаті утворюється подвійний ліпідний шар, в якому неполярні хвости знаходяться всередині (навернені один до одного), а полярні головки звернені назовні (до зовнішнього середовища та цитоплазми). Поверхня такої мембрани гідрофільна, а всередині вона гідрофобна.

У клітинних мембранах серед ліпідів переважають фосфоліпіди (належать до складних ліпідів). Їхні головки містять залишок фосфорної кислоти. Крім фосфоліпідів є гліколіпіди (ліпіди + вуглеводи) та холестерол (належить до стеролів). Останній надає мембрані жорсткості, розміщуючись у її товщі між хвостами інших ліпідів (холестерол повністю гідрофобний).

За рахунок електростатичної взаємодії до заряджених головок ліпідів приєднуються деякі молекули білків, які стають поверхневими мембранними білками. Інші білки взаємодіють із неполярними хвостами, частково занурюються у подвійний шар або пронизують його наскрізь.

Таким чином, клітинна мембрана складається з подвійного шару ліпідів, поверхневих (периферичних), занурених (напівінтегральних) та пронизливих (інтегральних) білків. Крім того, деякі білки та ліпіди із зовнішнього боку мембрани пов'язані з вуглеводними ланцюгами.

Це рідинно-мозаїчна модель будови мембранибула висунута у 70-х роках XX століття. До цього передбачалася бутербродна модель будови, згідно з якою ліпідний бислой знаходиться всередині, а з внутрішньої та зовнішньої сторони мембрана покрита суцільними шарами поверхневих білків. Однак накопичення експериментальних даних спростувало цю гіпотезу.

Товщина мембран у різних клітин становить близько 8 нм. Мембрани (навіть різні сторони однієї) відрізняються між собою за відсотковим співвідношенням різних видів ліпідів, білків, ферментативної активності та ін. Якісь мембрани більш рідкі та проникніші, інші щільніші.

Розриви клітинної мембрани легко зливаються через фізико-хімічні особливості ліпідного бислоя. У площині мембрани ліпіди та білки (якщо вони не закріплені цитоскелетом) переміщаються.

Функції клітинної мембрани

Більшість занурених у клітинну мембрану білків виконують ферментативну функцію (є ферментами). Часто (особливо в мембранах органоїдів клітини) ферменти розташовуються в певній послідовності так, що продукти реакції, що каталізуються одним ферментом, переходять до другого, потім третього і т. д. вздовж ліпідного бішару.

Клітинна мембрана виконує відмежовуючу (бар'єрну) від довкілля і водночас транспортну функції. Можна сказати, це її найголовніше призначення. Цитоплазматична мембрана, володіючи міцністю та вибірковою проникністю, підтримує сталість внутрішнього складу клітини (її гомеостаз та цілісність).

У цьому транспорт речовин відбувається у різний спосіб. Транспорт по градієнту концентрації передбачає пересування речовин з області з їх більшою концентрацією в область з меншою (дифузія). Так, наприклад, дифундують гази (CO 2 , O 2).

Буває також транспорт проти градієнта концентрації, але із витратою енергії.

Транспорт буває пасивним і полегшеним (коли йому допомагає якийсь переносник). Пасивна дифузія через клітинну мембрану можлива для жиророзчинних речовин.

Є спеціальні білки, що роблять мембрани проникними для цукрів та інших водорозчинних речовин. Такі переносники з'єднуються з молекулами, що транспортуються, і протягують їх через мембрану. Так переноситься глюкоза усередину еритроцитів.

Пронизують білки, об'єднуючись, можуть утворювати пору для переміщення деяких речовин через мембрану. Такі переносники не переміщаються, а утворюють у мембрані канал і працюють аналогічно до ферментів, пов'язуючи певну речовину. Перенесення здійснюється завдяки зміні конформації білка, завдяки чому у мембрані утворюються канали. Приклад – натрій-калієвий насос.

Транспортна функція клітинної мембрани еукаріотів також реалізується за рахунок ендоцитозу (і екзоцитозу).Завдяки цим механізмам у клітину (і з неї) потрапляють великі молекули біополімерів, навіть цілі клітини. Ендо- та екзоцитоз характерні не для всіх клітин еукаріотів (у прокаріотів його взагалі немає). Так ендоцитоз спостерігається у найпростіших і нижчих безхребетних; у ссавців лейкоцити та макрофаги поглинають шкідливі речовини та бактерії, тобто ендоцитоз виконує захисну функцію для організму.

Ендоцитоз поділяється на фагоцитоз(цитоплазма обволікає великі частинки) та піноцитоз(Захоплення крапельок рідини з розчиненими в ній речовинами). Механізм цих процесів приблизно однаковий. Поглинаються на поверхні клітин оточуються мембраною. Утворюється бульбашка (фагоцитарна або піноцитарна), яка потім переміщається всередину клітини.

Екзоцитоз - це виведення цитоплазматичної мембраною речовин із клітини (гормонів, полісахаридів, білків, жирів та ін.). Дані речовини полягають у мембранні бульбашки, які підходять до клітинної мембрани. Обидві мембрани зливаються і вміст виявляється поза клітини.

Цитоплазматична мембрана виконує рецепторну функцію.Для цього на її зовнішній стороні знаходяться структури, здатні розпізнавати хімічний або фізичний подразник. Частина білків, що пронизують плазмалемму, з зовнішнього боку з'єднані з полісахаридними ланцюжками (утворюючи глікопротеїди). Це своєрідні молекулярні рецептори, що уловлюють гормони. Коли конкретний гормон зв'язується зі своїми рецептором, то змінює його структуру. Це своє чергу запускає механізм клітинної відповіді. При цьому можуть відкриватися канали, і клітину можуть почати надходити певні речовини або виводитися з неї.

Рецепторна функція клітинних мембран добре вивчена з урахуванням дії гормону інсуліну. При зв'язуванні інсуліну з рецептором-глікопротеїдом відбувається активація каталітичної внутрішньоклітинної частини цього білка (ферменту аденілатциклази). Фермент синтезує із АТФ циклічну АМФ. Вже активує або пригнічує різні ферменти клітинного метаболізму.

Рецепторна функція цитоплазматичної мембрани також включає розпізнавання однотипних сусідніх клітин. Такі клітини прикріплюються одна до одної різними міжклітинними контактами.

У тканинах за допомогою міжклітинних контактів клітини можуть обмінюватися між собою інформацією за допомогою низькомолекулярних речовин, що спеціально синтезуються. Одним із прикладів подібної взаємодії є контактне гальмування, коли клітини припиняють зростання, отримавши інформацію, що вільний простір зайнятий.

Міжклітинні контакти бувають простими (мембрани різних клітин прилягають один до одного), замковими (вп'ячування мембрани однієї клітини в іншу), десмосоми (коли мембрани з'єднані пучками поперечних волокон, що проникають у цитоплазму). Крім того, є варіант міжклітинних контактів за рахунок медіаторів (посередників) – синапсів. Вони сигнал передається як хімічним, а й електричним способом. Синапсами передаються сигнали між нервовими клітинами, а також від нервових до м'язових.