Εξωτερική κυτταρική μεμβράνη (πλασμάλημμα, κυτταρόλημμα, πλασματική μεμβράνη) ζωικών κυττάρωνκαλύπτεται εξωτερικά (δηλαδή στην πλευρά που δεν έρχεται σε επαφή με το κυτταρόπλασμα) με ένα στρώμα ολιγοσακχαριτών αλυσίδων ομοιοπολικά συνδεδεμένες με πρωτεΐνες μεμβράνης (γλυκοπρωτεΐνες) και, σε μικρότερο βαθμό, με λιπίδια (γλυκολιπίδια). Αυτή η υδατανθρακική επικάλυψη της μεμβράνης ονομάζεται γλυκοκάλυκα.Ο σκοπός του γλυκοκάλυκα δεν είναι ακόμη πολύ σαφής. υπάρχει η υπόθεση ότι αυτή η δομή συμμετέχει στις διαδικασίες της διακυτταρικής αναγνώρισης.
Στα φυτικά κύτταραπάνω από το εξωτερικό κυτταρική μεμβράνηυπάρχει ένα πυκνό στρώμα κυτταρίνης με πόρους μέσω του οποίου η επικοινωνία μεταξύ γειτονικών κυττάρων πραγματοποιείται μέσω κυτταροπλασματικών γεφυρών.
Κύτταρα μανιτάριαπάνω από το plasmalemma - ένα πυκνό στρώμα χιτίνη.
Στο βακτήρια – μουρέινα.
Ιδιότητες βιολογικών μεμβρανών
1. Δυνατότητα αυτοσυναρμολόγησηςμετά από καταστροφικές επιπτώσεις. Αυτή η ιδιότητα καθορίζεται από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των μορίων φωσφολιπιδίου, τα οποία σε ένα υδατικό διάλυμα ενώνονται έτσι ώστε τα υδρόφιλα άκρα των μορίων να στρέφονται προς τα έξω και τα υδρόφοβα άκρα προς τα μέσα. Οι πρωτεΐνες μπορούν να ενσωματωθούν σε έτοιμα φωσφολιπιδικά στρώματα. Η ικανότητα αυτοσυναρμολόγησης είναι απαραίτητη σε κυτταρικό επίπεδο.
2. Ημιπερατότητα(επιλεκτικότητα στη μετάδοση ιόντων και μορίων). Εξασφαλίζει τη διατήρηση της σταθερότητας της ιοντικής και μοριακής σύνθεσης στο κύτταρο.
3. Ρευστότητα μεμβράνης. Οι μεμβράνες δεν είναι άκαμπτες δομές· αλλάζουν συνεχώς λόγω των περιστροφικών και ταλαντωτικών κινήσεων των μορίων λιπιδίων και πρωτεϊνών. Αυτό παρέχει υψηλό ποσοστό ενζυματικών και άλλων χημικών διεργασιών στις μεμβράνες.
4. Τα θραύσματα των μεμβρανών δεν έχουν ελεύθερα άκρα, καθώς είναι κλειστά σε φυσαλίδες.
Λειτουργίες της εξωτερικής κυτταρικής μεμβράνης (πλασμάλεμα)
Οι κύριες λειτουργίες του πλάσματος είναι οι εξής: 1) φραγμός, 2) υποδοχέας, 3) ανταλλαγή, 4) μεταφορά.
1. λειτουργία φραγμού.Εκφράζεται στο γεγονός ότι το πλάσμα περιορίζει το περιεχόμενο του κυττάρου, διαχωρίζοντάς το από το εξωτερικό περιβάλλον και οι ενδοκυτταρικές μεμβράνες διαιρούν το κυτταρόπλασμα σε ξεχωριστά αντιδραστικά διαμερίσματα.
2. λειτουργία υποδοχέα.Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του πλασμαλήμματος είναι να διασφαλίζει την επικοινωνία (σύνδεση) του κυττάρου με εξωτερικό περιβάλλονμέσω της συσκευής υποδοχέα που υπάρχει στις μεμβράνες, η οποία έχει πρωτεϊνική ή γλυκοπρωτεϊνική φύση. Η κύρια λειτουργία των σχηματισμών υποδοχέων του πλάσματος είναι η αναγνώριση εξωτερικών σημάτων, λόγω των οποίων τα κύτταρα προσανατολίζονται σωστά και σχηματίζουν ιστούς στη διαδικασία διαφοροποίησης. Η δραστηριότητα διαφόρων ρυθμιστικών συστημάτων, καθώς και ο σχηματισμός μιας ανοσολογικής απόκρισης, σχετίζεται με τη λειτουργία του υποδοχέα.
λειτουργία ανταλλαγήςκαθορίζεται από την περιεκτικότητα σε ενζυμικές πρωτεΐνες σε βιολογικές μεμβράνες, οι οποίες είναι βιολογικοί καταλύτες. Η δραστηριότητά τους ποικίλλει ανάλογα με το pH του μέσου, τη θερμοκρασία, την πίεση, τη συγκέντρωση τόσο του υποστρώματος όσο και του ίδιου του ενζύμου. Τα ένζυμα καθορίζουν την ένταση των βασικών αντιδράσεων μεταβολισμού, καθώς καιπροσανατολισμός.
Λειτουργία μεταφοράς μεμβρανών.Η μεμβράνη παρέχει επιλεκτική διείσδυση στο κύτταρο και από το κύτταρο στο περιβάλλον διαφόρων χημικών ουσιών. Η μεταφορά των ουσιών είναι απαραίτητη για τη διατήρηση του κατάλληλου pH στο κύτταρο, της σωστής ιοντικής συγκέντρωσης, που εξασφαλίζει την αποτελεσματικότητα των κυτταρικών ενζύμων. Η μεταφορά παρέχει θρεπτικά συστατικά που χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας, καθώς και ως υλικό για το σχηματισμό διαφόρων κυτταρικών συστατικών. Εξαρτάται από την απομάκρυνση των τοξικών αποβλήτων από το κύτταρο, την έκκριση διαφόρων χρήσιμων ουσιών και τη δημιουργία ιοντικών βαθμίδων απαραίτητων για το νευρικό και μυϊκή δραστηριότητα, Μια αλλαγή στον ρυθμό μεταφοράς ουσιών μπορεί να οδηγήσει σε διαταραχές στις βιοενεργειακές διεργασίες, στον μεταβολισμό νερού-αλατιού, στη διεγερσιμότητα και σε άλλες διεργασίες. Η διόρθωση αυτών των αλλαγών αποτελεί τη βάση της δράσης πολλών φαρμάκων.
Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι με τους οποίους οι ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο και εξέρχονται από το κύτταρο στο εξωτερικό περιβάλλον.
παθητική μεταφορά,
ενεργή μεταφορά.
Παθητική μεταφοράπηγαίνει κατά μήκος της κλίσης της χημικής ή ηλεκτροχημικής συγκέντρωσης χωρίς τη δαπάνη ενέργειας ATP. Εάν το μόριο της μεταφερόμενης ουσίας δεν έχει φορτίο, τότε η κατεύθυνση της παθητικής μεταφοράς καθορίζεται μόνο από τη διαφορά στη συγκέντρωση αυτής της ουσίας και στις δύο πλευρές της μεμβράνης (βαθμίδα χημικής συγκέντρωσης). Εάν το μόριο είναι φορτισμένο, τότε η μεταφορά του επηρεάζεται τόσο από τη χημική βαθμίδα συγκέντρωσης όσο και από την ηλεκτρική βαθμίδα (δυναμικό μεμβράνης).
Και οι δύο βαθμίδες μαζί συνιστούν μια ηλεκτροχημική κλίση. Η παθητική μεταφορά ουσιών μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους: απλή διάχυση και διευκολυνόμενη διάχυση.
Με απλή διάχυσηΤα ιόντα άλατος και το νερό μπορούν να διεισδύσουν μέσω των επιλεκτικών καναλιών. Αυτά τα κανάλια σχηματίζονται από ορισμένες διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν οδούς μεταφοράς από άκρο σε άκρο που είναι ανοιχτά μόνιμα ή μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Μέσω των επιλεκτικών καναλιών διεισδύουν διάφορα μόρια, έχοντας το μέγεθος και το φορτίο που αντιστοιχεί στα κανάλια.
Υπάρχει ένας άλλος τρόπος απλής διάχυσης - αυτός είναι η διάχυση ουσιών μέσω της λιπιδικής διπλής στιβάδας, μέσω της οποίας περνούν εύκολα οι λιποδιαλυτές ουσίες και το νερό. Η διπλοστοιβάδα λιπιδίων είναι αδιαπέραστη από φορτισμένα μόρια (ιόντα) και ταυτόχρονα, αφόρτιστα μικρά μόρια μπορούν ελεύθερα να διαχέονται και όσο μικρότερο είναι το μόριο, τόσο πιο γρήγορα μεταφέρεται. Ο αρκετά υψηλός ρυθμός διάχυσης του νερού μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας οφείλεται ακριβώς στο μικρό μέγεθος των μορίων του και στην απουσία φορτίου.
Με διευκολυνόμενη διάχυσηοι πρωτεΐνες συμμετέχουν στη μεταφορά ουσιών – φορέων που λειτουργούν με βάση την αρχή του «πινγκ-πονγκ». Σε αυτή την περίπτωση, η πρωτεΐνη υπάρχει σε δύο διαμορφωτικές καταστάσεις: στην κατάσταση "pong", οι θέσεις δέσμευσης της μεταφερόμενης ουσίας είναι ανοιχτές στο εξωτερικό της διπλής στιβάδας και στην κατάσταση "ping" οι ίδιες θέσεις ανοίγουν στην άλλη. πλευρά. Αυτή η διαδικασία είναι αναστρέψιμη. Από ποια πλευρά θα είναι ανοιχτή η θέση δέσμευσης μιας ουσίας σε μια δεδομένη στιγμή εξαρτάται από τη βαθμίδα συγκέντρωσης αυτής της ουσίας.
Με αυτόν τον τρόπο, τα σάκχαρα και τα αμινοξέα περνούν από τη μεμβράνη.
Με τη διευκόλυνση της διάχυσης, ο ρυθμός μεταφοράς των ουσιών αυξάνεται σημαντικά σε σύγκριση με την απλή διάχυση.
Εκτός από τις πρωτεΐνες-φορείς, ορισμένα αντιβιοτικά, όπως η γραμμικιδίνη και η βαλινομυκίνη, εμπλέκονται στη διευκόλυνση της διάχυσης.
Επειδή παρέχουν μεταφορά ιόντων, ονομάζονται ιονοφόρα.
Ενεργή μεταφορά ουσιών στο κύτταρο.Αυτός ο τύπος μεταφοράς συνοδεύεται πάντα με το κόστος της ενέργειας. Η πηγή ενέργειας που απαιτείται για την ενεργό μεταφορά είναι το ATP. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτού του τύπου μεταφοράς είναι ότι πραγματοποιείται με δύο τρόπους:
με τη βοήθεια ενζύμων που ονομάζονται ΑΤΡάσες.
μεταφορά σε μεμβρανική συσκευασία (ενδοκυττάρωση).
ΣΤΟ η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη περιέχει ενζυμικές πρωτεΐνες όπως ΑΤΡάσες,του οποίου η αποστολή είναι να παρέχει ενεργή μεταφορά ιόντων έναντι βαθμίδας συγκέντρωσης.Δεδομένου ότι παρέχουν τη μεταφορά ιόντων, αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντλία ιόντων.
Υπάρχουν τέσσερα κύρια συστήματα μεταφοράς ιόντων στο ζωικό κύτταρο. Τρία από αυτά παρέχουν μεταφορά μέσω βιολογικών μεμβρανών: Na + και K +, Ca +, H + και το τέταρτο - τη μεταφορά πρωτονίων κατά τη λειτουργία της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας.
Ένα παράδειγμα μηχανισμού μεταφοράς ενεργών ιόντων είναι αντλία νατρίου-καλίου σε ζωικά κύτταρα.Διατηρεί σταθερή συγκέντρωση ιόντων νατρίου και καλίου στο κύτταρο, η οποία διαφέρει από τη συγκέντρωση αυτών των ουσιών στο περιβάλλον: Κανονικά, υπάρχουν λιγότερα ιόντα νατρίου στο κύτταρο από ότι στο περιβάλλον και περισσότερο κάλιο.
Ως αποτέλεσμα, σύμφωνα με τους νόμους της απλής διάχυσης, το κάλιο τείνει να φεύγει από το κύτταρο και το νάτριο διαχέεται στο κύτταρο. Σε αντίθεση με την απλή διάχυση, η αντλία νατρίου-καλίου αντλεί συνεχώς νάτριο από το κύτταρο και εγχέει κάλιο: για τρία μόρια νατρίου που απορρίπτονται, υπάρχουν δύο μόρια καλίου που εισάγονται στο κύτταρο.
Αυτή η μεταφορά των ιόντων νατρίου-καλίου εξασφαλίζεται από το εξαρτώμενο από ATP ένζυμο, το οποίο εντοπίζεται στη μεμβράνη με τέτοιο τρόπο ώστε να διαπερνά ολόκληρο το πάχος της.Το νάτριο και το ATP εισέρχονται σε αυτό το ένζυμο από το εσωτερικό της μεμβράνης και το κάλιο από τη μεμβράνη εξω απο.
Η μεταφορά νατρίου και καλίου μέσω της μεμβράνης λαμβάνει χώρα ως αποτέλεσμα διαμορφωτικών αλλαγών που υφίσταται η νατριο-καλιοεξαρτώμενη ΑΤΡάση, η οποία ενεργοποιείται όταν αυξάνεται η συγκέντρωση νατρίου μέσα στο κύτταρο ή καλίου στο περιβάλλον.
Απαιτείται υδρόλυση ATP για την τροφοδοσία αυτής της αντλίας. Αυτή η διαδικασία παρέχεται από το ίδιο ένζυμο ΑΤΡ-άση που εξαρτάται από το νάτριο. Ταυτόχρονα, περισσότερο από το ένα τρίτο του ATP που καταναλώνεται από το ζωικό κύτταρο σε ηρεμία δαπανάται για την εργασία της αντλίας νατρίου - καλίου.
Η παραβίαση της καλής λειτουργίας της αντλίας νατρίου - καλίου οδηγεί σε διάφορες σοβαρές ασθένειες.
Η απόδοση αυτής της αντλίας ξεπερνά το 50%, κάτι που δεν επιτυγχάνεται από τα πιο προηγμένα μηχανήματα που δημιούργησε ο άνθρωπος.
Πολλά ενεργά συστήματα μεταφοράς οδηγούνται από την ενέργεια που αποθηκεύεται σε ιοντικές βαθμίδες και όχι από την άμεση υδρόλυση του ATP. Όλα λειτουργούν ως συστήματα συμμεταφοράς (διευκολύνοντας τη μεταφορά ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους). Για παράδειγμα, η ενεργός μεταφορά ορισμένων σακχάρων και αμινοξέων στα ζωικά κύτταρα καθορίζεται από τη βαθμίδα ιόντων νατρίου και όσο υψηλότερη είναι η βαθμίδα ιόντων νατρίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα απορρόφησης γλυκόζης. Αντίθετα, εάν η συγκέντρωση του νατρίου στον μεσοκυττάριο χώρο μειωθεί σημαντικά, η μεταφορά γλυκόζης σταματά. Σε αυτή την περίπτωση, το νάτριο πρέπει να ενωθεί με την εξαρτώμενη από το νάτριο πρωτεΐνη φορέα γλυκόζης, η οποία έχει δύο θέσεις δέσμευσης: το ένα για τη γλυκόζη και το άλλο για το νάτριο. Τα ιόντα νατρίου που διεισδύουν στο κύτταρο συμβάλλουν στην εισαγωγή της πρωτεΐνης φορέα στο κύτταρο μαζί με τη γλυκόζη. Τα ιόντα νατρίου που έχουν εισέλθει στο κύτταρο μαζί με τη γλυκόζη αντλούνται πίσω από την εξαρτώμενη από το νάτριο ΑΤΡάση, η οποία, διατηρώντας τη βαθμίδα συγκέντρωσης νατρίου, ελέγχει έμμεσα τη μεταφορά της γλυκόζης.
Μεταφορά ουσιών σε συσκευασία μεμβράνης.Μεγάλα μόρια βιοπολυμερών πρακτικά δεν μπορούν να διεισδύσουν μέσω του πλάσματος με κανέναν από τους παραπάνω μηχανισμούς μεταφοράς ουσιών στο κύτταρο. Αιχμαλωτίζονται από το κύτταρο και απορροφώνται στη συσκευασία της μεμβράνης, η οποία ονομάζεται ενδοκυττάρωση. Η τελευταία χωρίζεται επίσημα σε φαγοκυττάρωση και πινοκυττάρωση. Η σύλληψη στερεών σωματιδίων από το κύτταρο είναι φαγοκυττάρωσηκαι υγρό - πινοκυττάρωση. Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, παρατηρούνται τα ακόλουθα στάδια:
λήψη της απορροφούμενης ουσίας λόγω των υποδοχέων στην κυτταρική μεμβράνη.
κολποποίηση της μεμβράνης με το σχηματισμό φυσαλίδας (κυστίδια).
διαχωρισμός του ενδοκυτταρικού κυστιδίου από τη μεμβράνη με τη δαπάνη ενέργειας - σχηματισμός φαγοσώματοςκαι αποκατάσταση της ακεραιότητας της μεμβράνης.
Σύντηξη φαγοσώματος με λυσόσωμα και σχηματισμός φαγολυσοσώματα (πεπτικό κενοτόπιο) όπου λαμβάνει χώρα η πέψη των απορροφημένων σωματιδίων.
αφαίρεση άπεπτου υλικού στο φαγολυσόσωμα από το κύτταρο ( εξωκυττάρωση).
Στον κόσμο των ζώων ενδοκυττάρωσηείναι χαρακτηριστικό τρόποδιατροφή πολλών μονοκύτταρων οργανισμών (για παράδειγμα, σε αμοιβάδες), και μεταξύ των πολυκύτταρων οργανισμών, αυτός ο τύπος πέψης των σωματιδίων τροφής βρίσκεται στα ενδοδερμικά κύτταρα σε συνεντερικά. Όσον αφορά τα θηλαστικά και τον άνθρωπο, έχουν ένα δικτυοϊστικο-ενδοθηλιακό σύστημα κυττάρων με την ικανότητα να ενδοκυττάρουν. Παραδείγματα είναι τα λευκοκύτταρα του αίματος και τα κύτταρα Kupffer του ήπατος. Οι τελευταίες επενδύουν τα λεγόμενα ημιτονοειδή τριχοειδή αγγεία του ήπατος και συλλαμβάνουν διάφορα ξένα σωματίδια που αιωρούνται στο αίμα. Εξωκυττάρωση- αυτός είναι επίσης ένας τρόπος απομάκρυνσης από το κύτταρο ενός πολυκύτταρου οργανισμού του υποστρώματος που εκκρίνεται από αυτόν, το οποίο είναι απαραίτητο για τη λειτουργία άλλων κυττάρων, ιστών και οργάνων.
κυτταρική μεμβράνη -μοριακή δομή που αποτελείται από λιπίδια και πρωτεΐνες. Οι κύριες ιδιότητες και λειτουργίες του:
- διαχωρισμός του περιεχομένου οποιουδήποτε κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον, διασφαλίζοντας την ακεραιότητά του.
- διαχείριση και προσαρμογή της ανταλλαγής μεταξύ του περιβάλλοντος και του κυττάρου·
- οι ενδοκυτταρικές μεμβράνες χωρίζουν το κύτταρο σε ειδικά διαμερίσματα: οργανίδια ή διαμερίσματα.
Η λέξη "membrane" στα λατινικά σημαίνει "ταινία". Αν μιλάμε για την κυτταρική μεμβράνη, τότε αυτός είναι ένας συνδυασμός δύο μεμβρανών που έχουν διαφορετικές ιδιότητες.
βιολογική μεμβράνηπεριλαμβάνει τρεις τύποι πρωτεϊνών:
- Περιφερειακό - βρίσκεται στην επιφάνεια της μεμβράνης.
- Ενσωματωμένο - διεισδύει πλήρως στη μεμβράνη.
- Ημι-ολοκληρωμένο - στο ένα άκρο διεισδύουν στο διλιπιδικό στρώμα.
Ποιες είναι οι λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης
1. Κυτταρικό τοίχωμα - ένα ισχυρό κέλυφος του κυττάρου, το οποίο βρίσκεται έξω από την κυτταροπλασματική μεμβράνη. Εκτελεί προστατευτικές, μεταφορικές και δομικές λειτουργίες. Παρουσιάζεται σε πολλά φυτά, βακτήρια, μύκητες και αρχαία.
2. Παρέχει λειτουργία φραγμού, δηλαδή επιλεκτικό, ρυθμισμένο, ενεργητικό και παθητικό μεταβολισμό με το εξωτερικό περιβάλλον.
3. Ικανός να μεταδίδει και να αποθηκεύει πληροφορίες και επίσης να συμμετέχει στη διαδικασία αναπαραγωγής.
4. Εκτελεί μια λειτουργία μεταφοράς που μπορεί να μεταφέρει ουσίες μέσω της μεμβράνης μέσα και έξω από το κύτταρο.
5. Η κυτταρική μεμβράνη έχει μονόδρομη αγωγιμότητα. Λόγω αυτού, τα μόρια του νερού μπορούν να περάσουν από την κυτταρική μεμβράνη χωρίς καθυστέρηση και μόρια άλλων ουσιών διεισδύουν επιλεκτικά.
6. Με τη βοήθεια της κυτταρικής μεμβράνης λαμβάνεται νερό, οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά και μέσω αυτής απομακρύνονται τα προϊόντα του κυτταρικού μεταβολισμού.
7. Εκτελεί κυτταρική ανταλλαγή μεταξύ των μεμβρανών και μπορεί να τις εκτελέσει μέσω 3 κύριων τύπων αντιδράσεων: πινοκύττωση, φαγοκυττάρωση, εξωκυττάρωση.
8. Η μεμβράνη παρέχει την ειδικότητα των μεσοκυττάριων επαφών.
9. Υπάρχουν πολυάριθμοι υποδοχείς στη μεμβράνη που είναι σε θέση να αντιλαμβάνονται χημικά σήματα - μεσολαβητές, ορμόνες και πολλές άλλες βιολογικά δραστικές ουσίες. Έτσι είναι σε θέση να αλλάξει τη μεταβολική δραστηριότητα του κυττάρου.
10. Οι κύριες ιδιότητες και λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης:
- μήτρα
- Εμπόδιο
- Μεταφορά
- Ενέργεια
- Μηχανικός
- Ενζυματική
- Αισθητήριο νεύρο
- Προστατευτικός
- Βαθμολόγηση
- Βιοδυναμικό
Ποια είναι η λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης στο κύτταρο;
- Οριοθετεί τα περιεχόμενα του κελιού.
- Εκτελεί τη ροή των ουσιών στο κύτταρο.
- Παρέχει απομάκρυνση ενός αριθμού ουσιών από το κύτταρο.
δομή της κυτταρικής μεμβράνης
Κυτταρικές μεμβράνες περιλαμβάνει λιπίδια 3 κατηγοριών:
- Γλυκολιπίδια;
- Φωσφολιπίδια;
- Χοληστερίνη.
Βασικά, η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από πρωτεΐνες και λιπίδια και έχει πάχος όχι μεγαλύτερο από 11 nm. Από το 40 έως το 90% όλων των λιπιδίων είναι φωσφολιπίδια. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθούν τα γλυκολιπίδια, τα οποία είναι ένα από τα κύρια συστατικά της μεμβράνης.
Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης είναι τριών στρωμάτων. Ένα ομοιογενές υγρό διλιπιδικό στρώμα βρίσκεται στο κέντρο και οι πρωτεΐνες το καλύπτουν και από τις δύο πλευρές (σαν μωσαϊκό), διεισδύοντας εν μέρει στο πάχος. Οι πρωτεΐνες είναι επίσης απαραίτητες για να περάσει η μεμβράνη μέσα στα κύτταρα και να μεταφέρει έξω από αυτά ειδικές ουσίες που δεν μπορούν να διεισδύσουν στο στρώμα λίπους. Για παράδειγμα, ιόντα νατρίου και καλίου.
- Είναι ενδιαφέρον -
Δομή κυττάρων - βίντεο
βιολογικές μεμβράνες.
Ο όρος «μεμβράνη» (λατ. membrana - δέρμα, φιλμ) άρχισε να χρησιμοποιείται πριν από περισσότερα από 100 χρόνια για να αναφέρεται στο όριο των κυττάρων, χρησιμεύοντας, αφενός, ως φράγμα μεταξύ του περιεχομένου του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. , και από την άλλη, ως ημιπερατό χώρισμα από το οποίο μπορεί να περάσει νερό και κάποιες ουσίες. Ωστόσο, οι λειτουργίες της μεμβράνης δεν έχουν εξαντληθεί,αφού οι βιολογικές μεμβράνες αποτελούν τη βάση δομική οργάνωσηκύτταρα.
Η δομή της μεμβράνης. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η κύρια μεμβράνη είναι μια διπλή στιβάδα λιπιδίων, στην οποία οι υδρόφοβες ουρές των μορίων στρέφονται προς τα μέσα και οι υδρόφιλες κεφαλές στρέφονται προς τα έξω. Τα λιπίδια αντιπροσωπεύονται από φωσφολιπίδια - παράγωγα γλυκερίνης ή σφιγγοσίνης. Οι πρωτεΐνες συνδέονται με το λιπιδικό στρώμα. Οι ενσωματωμένες (διαμεμβρανικές) πρωτεΐνες διεισδύουν στη μεμβράνη και συνδέονται σταθερά με αυτήν. περιφερειακά δεν διεισδύουν και συνδέονται με τη μεμβράνη λιγότερο σταθερά. Λειτουργίες των μεμβρανικών πρωτεϊνών: διατήρηση της δομής των μεμβρανών, λήψη και μετατροπή σημάτων από το περιβάλλον. περιβάλλον, μεταφορά ορισμένων ουσιών, κατάλυση αντιδράσεων που συμβαίνουν στις μεμβράνες. το πάχος της μεμβράνης είναι από 6 έως 10 nm.
Ιδιότητες μεμβράνης:
1. Ρευστότητα. Η μεμβράνη δεν είναι μια άκαμπτη δομή - τα περισσότερα απόΟι πρωτεΐνες και τα λιπίδια που το αποτελούν μπορούν να κινηθούν στο επίπεδο των μεμβρανών.
2. Ασυμμετρία. Η σύνθεση της εξωτερικής και της εσωτερικής στιβάδας τόσο των πρωτεϊνών όσο και των λιπιδίων είναι διαφορετική. Επιπλέον, οι πλασματικές μεμβράνες των ζωικών κυττάρων έχουν ένα στρώμα γλυκοπρωτεϊνών στο εξωτερικό (ένας γλυκοκάλυκας που εκτελεί λειτουργίες σήματος και υποδοχέα και είναι επίσης σημαντικός για την ένωση των κυττάρων σε ιστούς)
3. Πολικότητα. Το εξωτερικό της μεμβράνης φέρει θετικό φορτίο, ενώ το εσωτερικό φέρει αρνητικό φορτίο.
4. Επιλεκτική διαπερατότητα. Οι μεμβράνες των ζωντανών κυττάρων περνούν, εκτός από το νερό, μόνο ορισμένα μόρια και ιόντα διαλυμένων ουσιών. μόρια, ενώ διατηρούνται όλα τα μόρια και τα ιόντα διαλυμένης ουσίας.)
Η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη (plasmalemma) είναι ένα υπερμικροσκοπικό φιλμ πάχους 7,5 nm, που αποτελείται από πρωτεΐνες, φωσφολιπίδια και νερό. Ελαστική μεμβράνη, που βρέχεται καλά από το νερό και ανακτά γρήγορα την ακεραιότητα μετά από ζημιά. Έχει μια καθολική δομή, αυτή που χαρακτηρίζει όλες τις βιολογικές μεμβράνες. Η οριακή θέση αυτής της μεμβράνης, η συμμετοχή της στις διαδικασίες εκλεκτικής διαπερατότητας, πινοκύττωσης, φαγοκυττάρωσης, απέκκρισης προϊόντων απέκκρισης και σύνθεσης, σε συνδυασμό με τα γειτονικά κύτταρα και την προστασία του κυττάρου από βλάβες, καθιστά τον ρόλο της εξαιρετικά σημαντικό. Τα ζωικά κύτταρα έξω από τη μεμβράνη μερικές φορές καλύπτονται με ένα λεπτό στρώμα που αποτελείται από πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες - τον γλυκοκάλυκα. Τα φυτικά κύτταρα έξω από την κυτταρική μεμβράνη έχουν ένα ισχυρό κυτταρικό τοίχωμα που δημιουργεί ένα εξωτερικό στήριγμα και διατηρεί το σχήμα του κυττάρου. Αποτελείται από φυτικές ίνες (κυτταρίνη), έναν αδιάλυτο στο νερό πολυσακχαρίτη.
Η μεμβράνη είναι μια υπερλεπτή δομή που σχηματίζει την επιφάνεια των οργανιδίων και το κύτταρο ως σύνολο. Όλες οι μεμβράνες έχουν παρόμοια δομή και συνδέονται σε ένα σύστημα.
Χημική σύνθεση
Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι χημικά ομοιογενείς και αποτελούνται από πρωτεΐνες και λιπίδια διαφόρων ομάδων:
- φωσφολιπίδια;
- γαλακτολιπίδια;
- σουλφολιπίδια.
Περιέχουν επίσης νουκλεϊκά οξέα, πολυσακχαρίτες και άλλες ουσίες.
Φυσικές ιδιότητες
Στο κανονική θερμοκρασίαοι μεμβράνες είναι σε υγρή-κρυσταλλική κατάσταση και αυξομειώνονται συνεχώς. Το ιξώδες τους είναι κοντά σε αυτό του φυτικού ελαίου.
Η μεμβράνη είναι ανακτήσιμη, ισχυρή, ελαστική και έχει πόρους. Το πάχος των μεμβρανών είναι 7 - 14 nm.
TOP 4 άρθραπου διάβασε μαζί με αυτό
Για μεγάλα μόρια, η μεμβράνη είναι αδιαπέραστη. Μικρά μόρια και ιόντα μπορούν να περάσουν μέσα από τους πόρους και την ίδια τη μεμβράνη υπό την επίδραση μιας διαφοράς συγκέντρωσης διαφορετικές πλευρέςμεμβράνες, καθώς και με τη βοήθεια πρωτεϊνών μεταφοράς.
Μοντέλο
Η δομή των μεμβρανών συνήθως περιγράφεται χρησιμοποιώντας ένα ρευστό μωσαϊκό μοντέλο. Η μεμβράνη έχει ένα πλαίσιο - δύο σειρές μορίων λιπιδίων, σφιχτά, σαν τούβλα, γειτονικά μεταξύ τους.
Ρύζι. 1. Βιολογική μεμβράνη τύπου σάντουιτς.
Και στις δύο πλευρές, η επιφάνεια των λιπιδίων καλύπτεται με πρωτεΐνες. Το μωσαϊκό μοτίβο σχηματίζεται από μόρια πρωτεΐνης άνισα κατανεμημένα στην επιφάνεια της μεμβράνης.
Ανάλογα με το βαθμό βύθισης στο διλιπιδικό στρώμα, τα μόρια πρωτεΐνης χωρίζονται σε τρεις ομάδες:
- διαμεμβρανική?
- βυθισμένος;
- επιπόλαιος.
Οι πρωτεΐνες παρέχουν την κύρια ιδιότητα της μεμβράνης - την επιλεκτική της διαπερατότητα για διάφορες ουσίες.
Τύποι μεμβράνης
Όλες οι κυτταρικές μεμβράνες ανάλογα με τον εντοπισμό μπορούν να χωριστούν σε τα ακόλουθα είδη:
- ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ;
- πυρηνικός;
- μεμβράνες οργανιδίων.
Η εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη, ή πλασμόλεμμα, είναι το όριο του κυττάρου. Συνδέοντας με στοιχεία του κυτταροσκελετού, διατηρεί το σχήμα και το μέγεθός του.
Ρύζι. 2. Κυτοσκελετός.
Η πυρηνική μεμβράνη ή καρυόλεμμα είναι το όριο του πυρηνικού περιεχομένου. Είναι κατασκευασμένο από δύο μεμβράνες, πολύ παρόμοιες με την εξωτερική. Η εξωτερική μεμβράνη του πυρήνα συνδέεται με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου (ER) και μέσω των πόρων με την εσωτερική μεμβράνη.
Οι μεμβράνες EPS διεισδύουν σε ολόκληρο το κυτταρόπλασμα, σχηματίζοντας επιφάνειες στις οποίες συντίθενται διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών της μεμβράνης.
Οργανοειδείς μεμβράνες
Τα περισσότερα οργανίδια έχουν δομή μεμβράνης.
Οι τοίχοι κατασκευάζονται από μία μεμβράνη:
- συγκρότημα Golgi;
- κενοτόπια?
- λυσοσώματα.
Τα πλαστίδια και τα μιτοχόνδρια κατασκευάζονται από δύο στρώματα μεμβρανών. Η εξωτερική τους μεμβράνη είναι λεία και η εσωτερική σχηματίζει πολλές πτυχές.
Τα χαρακτηριστικά των φωτοσυνθετικών μεμβρανών των χλωροπλαστών είναι ενσωματωμένα μόρια χλωροφύλλης.
Τα ζωικά κύτταρα έχουν ένα στρώμα υδατανθράκων που ονομάζεται γλυκοκάλυκα στην επιφάνεια της εξωτερικής μεμβράνης.
Ρύζι. 3. Γλυκοκάλυκα.
Ο γλυκοκάλυκας αναπτύσσεται περισσότερο στα κύτταρα του εντερικού επιθηλίου, όπου δημιουργεί συνθήκες για την πέψη και προστατεύει το πλασμόλεμα.
Πίνακας "Δομή της κυτταρικής μεμβράνης"
Τι μάθαμε;
Εξετάσαμε τη δομή και τις λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης. Η μεμβράνη είναι ένας εκλεκτικός (επιλεκτικός) φραγμός του κυττάρου, του πυρήνα και των οργανιδίων. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης περιγράφεται από ένα μοντέλο υγρού-μωσαϊκού. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα μόρια πρωτεΐνης είναι ενσωματωμένα σε ένα διπλό στρώμα παχύρρευστων λιπιδίων.
Κουίζ θέματος
Έκθεση Αξιολόγησης
μέση βαθμολογία: 4.5. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 264.
Οι μεμβράνες είναι εξαιρετικά ιξώδεις και ταυτόχρονα πλαστικές δομές που περιβάλλουν όλα τα ζωντανά κύτταρα. Λειτουργίεςκυτταρικές μεμβράνες:
1. Η πλασματική μεμβράνη είναι ένα φράγμα που διατηρεί διαφορετική σύνθεση του εξωκυττάριου και του ενδοκυτταρικού περιβάλλοντος.
2. Οι μεμβράνες σχηματίζουν εξειδικευμένα διαμερίσματα μέσα στο κύτταρο, δηλ. πολυάριθμα οργανίδια - μιτοχόνδρια, λυσοσώματα, σύμπλεγμα Golgi, ενδοπλασματικό δίκτυο, πυρηνικές μεμβράνες.
3. Ένζυμα που εμπλέκονται στη μετατροπή ενέργειας σε διαδικασίες όπως η οξειδωτική φωσφορυλίωση και η φωτοσύνθεση εντοπίζονται στις μεμβράνες.
Δομή και σύνθεση μεμβρανών
Η βάση της μεμβράνης είναι μια λιπιδική διπλοστοιβάδα, στον σχηματισμό της οποίας συμμετέχουν τα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια. Η λιπιδική διπλοστιβάδα σχηματίζεται από δύο σειρές λιπιδίων, οι υδρόφοβες ρίζες των οποίων είναι κρυμμένες στο εσωτερικό και οι υδρόφιλες ομάδες στρέφονται προς τα έξω και βρίσκονται σε επαφή με το υδατικό μέσο. Τα μόρια πρωτεΐνης φαίνεται να είναι «διαλυμένα» στη λιπιδική διπλοστιβάδα.
Δομή των λιπιδίων της μεμβράνης
Τα λιπίδια της μεμβράνης είναι αμφίφιλα μόρια, γιατί το μόριο έχει και μια υδρόφιλη περιοχή (πολικές κεφαλές) και μια υδρόφοβη περιοχή, που αντιπροσωπεύεται από ρίζες υδρογονάνθρακα λιπαρών οξέων, που σχηματίζουν αυθόρμητα μια διπλή στοιβάδα. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι λιπιδίων στις μεμβράνες: φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια και χοληστερόλη.
Η λιπιδική σύνθεση είναι διαφορετική. Η περιεκτικότητα του ενός ή του άλλου λιπιδίου, προφανώς, καθορίζεται από την ποικιλία των λειτουργιών που εκτελούνται από αυτά τα λιπίδια στις μεμβράνες.
Φωσφολιπίδια. Όλα τα φωσφολιπίδια μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες - γλυκεροφωσφολιπίδια και σφιγγοφωσφολιπίδια. Τα γλυκεροφωσφολιπίδια ταξινομούνται ως παράγωγα του φωσφατιδικού οξέος. Τα πιο κοινά γλυκεροφωσφολιπίδια είναι οι φωσφατιδυλοχολίνες και οι φωσφατιδυλαιθανολαμίνες. Τα σφιγγοφωσφολιπίδια βασίζονται στην αμινοαλκοόλη σφιγγοσίνη.
Γλυκολιπίδια. Στα γλυκολιπίδια, το υδρόφοβο μέρος αντιπροσωπεύεται από κεραμίδιο αλκοόλης και το υδρόφιλο μέρος αντιπροσωπεύεται από ένα υπόλειμμα υδατάνθρακα. Ανάλογα με το μήκος και τη δομή του τμήματος των υδατανθράκων, διακρίνονται οι σερεβροσίδες και οι γαγγλιοσίδες. Οι πολικές «κεφαλές» των γλυκολιπιδίων βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια των πλασματικών μεμβρανών.
Χοληστερόλη (CS). Το CS υπάρχει σε όλες τις μεμβράνες των ζωικών κυττάρων. Το μόριο του αποτελείται από έναν άκαμπτο υδρόφοβο πυρήνα και μια εύκαμπτη αλυσίδα υδρογονάνθρακα. Η μόνη υδροξυλομάδα στη θέση 3 είναι η «πολική κεφαλή». Για ένα ζωικό κύτταρο, η μέση μοριακή αναλογία χοληστερόλης/φωσφολιπιδίων είναι 0,3-0,4, αλλά στην πλασματική μεμβράνη αυτή η αναλογία είναι πολύ μεγαλύτερη (0,8-0,9). Η παρουσία χοληστερόλης στις μεμβράνες μειώνει την κινητικότητα των λιπαρών οξέων, μειώνει την πλευρική διάχυση των λιπιδίων και ως εκ τούτου μπορεί να επηρεάσει τις λειτουργίες των πρωτεϊνών της μεμβράνης.
Ιδιότητες μεμβράνης:
1. Επιλεκτική διαπερατότητα. Η κλειστή διπλή στιβάδα παρέχει μία από τις κύριες ιδιότητες της μεμβράνης: είναι αδιαπέραστη από τα περισσότερα υδατοδιαλυτά μόρια, αφού δεν διαλύονται στον υδρόφοβο πυρήνα της. Αέρια όπως το οξυγόνο, το CO 2 και το άζωτο έχουν την ικανότητα να διεισδύουν εύκολα στο κύτταρο λόγω του μικρού μεγέθους των μορίων και της ασθενούς αλληλεπίδρασης με τους διαλύτες. Επίσης, μόρια λιπιδικής φύσης, για παράδειγμα, στεροειδείς ορμόνες, διεισδύουν εύκολα μέσω της διπλής στοιβάδας.
2. Ρευστότητα. Οι μεμβράνες χαρακτηρίζονται από ρευστότητα (ρευστότητα), την ικανότητα των λιπιδίων και των πρωτεϊνών να κινούνται. Δύο τύποι κινήσεων φωσφολιπιδίων είναι δυνατοί: τούμπες (που στην επιστημονική βιβλιογραφία ονομάζεται "flip-flop") και πλευρική διάχυση. Στην πρώτη περίπτωση, τα μόρια των φωσφολιπιδίων που αντιτίθενται μεταξύ τους στο διμοριακό στρώμα ανατρέπονται (ή τούμπες) το ένα προς το άλλο και αλλάζουν θέσεις στη μεμβράνη, δηλ. το έξω γίνεται μέσα και το αντίστροφο. Τέτοια άλματα συνδέονται με τη δαπάνη ενέργειας. Πιο συχνά, παρατηρούνται περιστροφές γύρω από τον άξονα (περιστροφή) και πλευρική διάχυση - κίνηση εντός του στρώματος παράλληλη προς την επιφάνεια της μεμβράνης. Η ταχύτητα κίνησης των μορίων εξαρτάται από το μικροϊξώδες των μεμβρανών, το οποίο, με τη σειρά του, καθορίζεται από τη σχετική περιεκτικότητα σε κορεσμένα και ακόρεστα λιπαρά οξέα στη σύνθεση των λιπιδίων. Το μικροϊξώδες είναι χαμηλότερο εάν τα ακόρεστα λιπαρά οξέα κυριαρχούν στη σύνθεση των λιπιδίων και υψηλότερο εάν η περιεκτικότητα σε κορεσμένα λιπαρά οξέα είναι υψηλή.
3. Ασυμμετρία μεμβρανών. Οι επιφάνειες της ίδιας μεμβράνης διαφέρουν ως προς τη σύσταση λιπιδίων, πρωτεϊνών και υδατανθράκων (εγκάρσια ασυμμετρία). Για παράδειγμα, οι φωσφατιδυλοχολίνες κυριαρχούν στο εξωτερικό στρώμα, ενώ οι φωσφατιδυλαιθανολαμίνες και οι φωσφατιδυλοσερίνες κυριαρχούν στο εσωτερικό στρώμα. Τα υδατανθρακικά συστατικά των γλυκοπρωτεϊνών και των γλυκολιπιδίων έρχονται στην εξωτερική επιφάνεια, σχηματίζοντας μια συνεχή θήκη που ονομάζεται γλυκοκάλυκα. Δεν υπάρχουν υδατάνθρακες στην εσωτερική επιφάνεια. Οι πρωτεΐνες - οι ορμονικοί υποδοχείς βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης και τα ένζυμα που ρυθμίζονται από αυτές - αδενυλική κυκλάση, φωσφολιπάση C - στο εσωτερικό κ.λπ.
Πρωτεΐνες μεμβρανών
Τα φωσφολιπίδια της μεμβράνης δρουν ως διαλύτης για τις μεμβρανικές πρωτεΐνες, δημιουργώντας ένα μικροπεριβάλλον στο οποίο μπορούν να λειτουργήσουν οι τελευταίες. Οι πρωτεΐνες αντιπροσωπεύουν το 30 έως 70% της μάζας των μεμβρανών. Ο αριθμός των διαφορετικών πρωτεϊνών στη μεμβράνη ποικίλλει από 6-8 στο σαρκοπλασματικό δίκτυο έως περισσότερες από 100 στην πλασματική μεμβράνη. Αυτά είναι ένζυμα, πρωτεΐνες μεταφοράς, δομικές πρωτεΐνες, αντιγόνα, συμπεριλαμβανομένων των αντιγόνων του κύριου συστήματος ιστοσυμβατότητας, υποδοχείς για διάφορα μόρια.
Με τον εντοπισμό τους στη μεμβράνη, οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε ενιαίες (εν μέρει ή πλήρως βυθισμένες στη μεμβράνη) και περιφερειακές (που βρίσκονται στην επιφάνειά της). Ορισμένες ενσωματωμένες πρωτεΐνες διασχίζουν τη μεμβράνη μία φορά (γλυκοφορίνη), ενώ άλλες διασχίζουν τη μεμβράνη πολλές φορές. Για παράδειγμα, ο φωτοϋποδοχέας του αμφιβληστροειδούς και ο β2-αδρενεργικός υποδοχέας διασχίζουν τη διπλοστοιβάδα 7 φορές.
Οι περιφερειακές πρωτεΐνες και οι περιοχές ενσωματωμένων πρωτεϊνών που βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια όλων των μεμβρανών είναι σχεδόν πάντα γλυκοσυλιωμένες. Τα υπολείμματα ολιγοσακχαριτών προστατεύουν την πρωτεΐνη από την πρωτεόλυση και εμπλέκονται επίσης στην αναγνώριση ή την προσκόλληση συνδέτη.