Από τις μεμβράνες που είναι χτισμένες στο κελί. Η δομή και οι λειτουργίες των βιολογικών μεμβρανών

Η συντριπτική πλειοψηφία των οργανισμών που ζουν στη Γη αποτελείται από κύτταρα που είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια ως προς τη χημική τους σύνθεση, τη δομή και τη ζωτική τους δραστηριότητα. Σε κάθε κύτταρο λαμβάνει χώρα ο μεταβολισμός και η μετατροπή της ενέργειας. Η κυτταρική διαίρεση αποτελεί τη βάση των διαδικασιών ανάπτυξης και αναπαραγωγής των οργανισμών. Έτσι, το κύτταρο είναι μια μονάδα δομής, ανάπτυξης και αναπαραγωγής των οργανισμών.

Το κύτταρο μπορεί να υπάρχει μόνο ως αναπόσπαστο σύστημα, αδιαίρετο σε μέρη. Η ακεραιότητα των κυττάρων παρέχεται από βιολογικές μεμβράνες. Ένα κύτταρο είναι ένα στοιχείο ενός συστήματος υψηλότερης βαθμίδας - ένας οργανισμός. Τα μέρη και τα οργανίδια ενός κυττάρου, που αποτελούνται από πολύπλοκα μόρια, είναι αναπόσπαστα συστήματα κατώτερης βαθμίδας.

Ένα κύτταρο είναι ένα ανοιχτό σύστημα που συνδέεται με το περιβάλλον μέσω της ανταλλαγής ύλης και ενέργειας. Αυτό είναι ένα λειτουργικό σύστημα στο οποίο κάθε μόριο εκτελεί ορισμένες λειτουργίες. Το κύτταρο έχει σταθερότητα, ικανότητα αυτορρύθμισης και αυτοαναπαραγωγής.

Το κύτταρο είναι ένα αυτοδιοικούμενο σύστημα. Το γενετικό σύστημα ελέγχου ενός κυττάρου αντιπροσωπεύεται από πολύπλοκα μακρομόρια - νουκλεϊκά οξέα (DNA και RNA).

Το 1838-1839. Οι Γερμανοί βιολόγοι M. Schleiden και T. Schwann συνόψισαν τη γνώση για το κύτταρο και διατύπωσαν την κύρια θέση της κυτταρικής θεωρίας, η ουσία της οποίας είναι ότι όλοι οι οργανισμοί, φυτικοί και ζωικοί, αποτελούνται από κύτταρα.

Το 1859, ο R. Virchow περιέγραψε τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης και διατύπωσε μια από τις πιο σημαντικές διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας: «Κάθε κύτταρο προέρχεται από ένα άλλο κύτταρο». Νέα κύτταρα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διαίρεσης του μητρικού κυττάρου, και όχι από μη κυτταρική ουσία, όπως πιστεύαμε παλαιότερα.

Η ανακάλυψη από τον Ρώσο επιστήμονα Κ. Μπάερ το 1826 αυγών θηλαστικών οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το κύτταρο αποτελεί τη βάση της ανάπτυξης πολυκύτταρων οργανισμών.

Η σύγχρονη κυτταρική θεωρία περιλαμβάνει τις ακόλουθες διατάξεις:

1) ένα κύτταρο είναι μια μονάδα δομής και ανάπτυξης όλων των οργανισμών.

2) τα κύτταρα των οργανισμών από διαφορετικά βασίλεια της άγριας ζωής είναι παρόμοια στη δομή, τη χημική σύνθεση, το μεταβολισμό και τις κύριες εκδηλώσεις της ζωτικής δραστηριότητας.

3) σχηματίζονται νέα κύτταρα ως αποτέλεσμα της διαίρεσης του μητρικού κυττάρου.

4) σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό, τα κύτταρα σχηματίζουν ιστούς.

5) Τα όργανα αποτελούνται από ιστούς.

Με την εισαγωγή στη βιολογία της σύγχρονης βιολογικής, φυσικής και χημικές μεθόδουςΗ έρευνα κατέστησε δυνατή τη μελέτη της δομής και της λειτουργίας των διαφόρων συστατικών του κυττάρου. Μία από τις μεθόδους για τη μελέτη των κυττάρων είναι μικροσκοπία. Ένα σύγχρονο μικροσκόπιο φωτός μεγεθύνει αντικείμενα 3000 φορές και σας επιτρέπει να δείτε τα μεγαλύτερα οργανίδια ενός κυττάρου, να παρατηρήσετε την κίνηση του κυτταροπλάσματος και την κυτταρική διαίρεση.

Εφευρέθηκε τη δεκαετία του '40. 20ος αιώνας Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δίνει μεγέθυνση δεκάδων και εκατοντάδων χιλιάδων φορές. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο χρησιμοποιεί ένα ρεύμα ηλεκτρονίων αντί για φως και ηλεκτρομαγνητικά πεδία αντί για φακούς. Επομένως, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δίνει μια καθαρή εικόνα σε πολύ μεγαλύτερες μεγεθύνσεις. Με τη βοήθεια ενός τέτοιου μικροσκοπίου, ήταν δυνατή η μελέτη της δομής των κυτταρικών οργανιδίων.

Με τη μέθοδο μελετάται η δομή και η σύσταση των κυτταρικών οργανιδίων φυγοκέντρηση. Οι θρυμματισμένοι ιστοί με κατεστραμμένες κυτταρικές μεμβράνες τοποθετούνται σε δοκιμαστικούς σωλήνες και περιστρέφονται σε φυγόκεντρο με υψηλή ταχύτητα. Η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι διαφορετικά κυτταρικά οργανίδια έχουν διαφορετικές μάζες και πυκνότητες. Πιο πυκνά οργανίδια εναποτίθενται σε δοκιμαστικό σωλήνα σε χαμηλές ταχύτητες φυγοκέντρησης, λιγότερο πυκνά - σε υψηλές. Αυτά τα στρώματα μελετώνται χωριστά.

ευρέως χρησιμοποιημένο μέθοδος καλλιέργειας κυττάρων και ιστών, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι από ένα ή περισσότερα κύτταρα σε ένα ειδικό θρεπτικό μέσο, ​​μπορείτε να πάρετε μια ομάδα ίδιου τύπου ζωικών ή φυτικών κυττάρων και ακόμη και να αναπτύξετε ένα ολόκληρο φυτό. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορείτε να λάβετε μια απάντηση στο ερώτημα πώς σχηματίζονται διάφοροι ιστοί και όργανα του σώματος από ένα κύτταρο.

Οι κύριες διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας διατυπώθηκαν για πρώτη φορά από τους M. Schleiden και T. Schwann. Ένα κύτταρο είναι μια μονάδα δομής, ζωής, αναπαραγωγής και ανάπτυξης όλων των ζωντανών οργανισμών. Για τη μελέτη των κυττάρων χρησιμοποιούνται μέθοδοι μικροσκοπίας, φυγοκέντρησης, καλλιέργειας κυττάρων και ιστών κ.λπ.

Τα κύτταρα μυκήτων, φυτών και ζώων έχουν πολλά κοινά όχι μόνο στη χημική σύνθεση, αλλά και στη δομή. Όταν ένα κύτταρο εξετάζεται με μικροσκόπιο, διάφορες δομές είναι ορατές σε αυτό - οργανίδια. Κάθε οργανίδιο εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες. Υπάρχουν τρία κύρια μέρη σε ένα κύτταρο: η πλασματική μεμβράνη, ο πυρήνας και το κυτταρόπλασμα (Εικόνα 1).

μεμβράνη πλάσματοςδιαχωρίζει το κελί και τα περιεχόμενά του από το περιβάλλον. Στο σχήμα 2, μπορείτε να δείτε: η μεμβράνη σχηματίζεται από δύο στρώματα λιπιδίων και τα μόρια πρωτεΐνης διεισδύουν στο πάχος της μεμβράνης.

Η κύρια λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης μεταφορά. Εξασφαλίζει την παροχή θρεπτικών συστατικών στο κύτταρο και την απομάκρυνση των μεταβολικών προϊόντων από αυτό.

Μια σημαντική ιδιότητα της μεμβράνης είναι επιλεκτική διαπερατότητα, ή ημιπερατότητα, επιτρέπει στο κύτταρο να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον: μόνο ορισμένες ουσίες εισέρχονται και εξέρχονται από αυτό. Μικρά μόρια νερού και ορισμένων άλλων ουσιών εισέρχονται στο κύτταρο με διάχυση, εν μέρει μέσω των πόρων της μεμβράνης.

Σάκχαρα, οργανικά οξέα, άλατα διαλύονται στο κυτταρόπλασμα, τον κυτταρικό χυμό των κενοτοπίων των φυτικών κυττάρων. Επιπλέον, η συγκέντρωσή τους στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι στο περιβάλλον. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση αυτών των ουσιών στο κύτταρο, τόσο περισσότερο απορροφά νερό. Είναι γνωστό ότι το νερό καταναλώνεται συνεχώς από το κύτταρο, λόγω του οποίου η συγκέντρωση του κυτταρικού χυμού αυξάνεται και το νερό εισέρχεται ξανά στο κύτταρο.

Η είσοδος μεγαλύτερων μορίων (γλυκόζη, αμινοξέα) στο κύτταρο παρέχεται από τις πρωτεΐνες μεταφοράς της μεμβράνης, οι οποίες, συνδυαζόμενες με τα μόρια των μεταφερόμενων ουσιών, τις μεταφέρουν μέσω της μεμβράνης. Σε αυτή τη διαδικασία εμπλέκονται ένζυμα που διασπούν το ATP.

Εικόνα 1. Γενικευμένο σχήμα της δομής ενός ευκαρυωτικού κυττάρου.
(κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση)

Εικόνα 2. Η δομή της πλασματικής μεμβράνης.
1 - διαπεραστικοί σκίουροι, 2 - βυθισμένοι σκίουροι, 3 - εξωτερικοί σκίουροι

Εικόνα 3. Σχήμα πινοκύττωσης και φαγοκυττάρωσης.

Ακόμη μεγαλύτερα μόρια πρωτεϊνών και πολυσακχαριτών εισέρχονται στο κύτταρο με φαγοκυττάρωση (από τα ελληνικά. φάγος- καταβροχθίζοντας και κιτο- αγγείο, κύτταρο), και σταγόνες υγρού - με πινοκύττωση (από τα ελληνικά. pinot- ποτό και κιτο) (Εικ. 3).

Τα ζωικά κύτταρα, σε αντίθεση με τα φυτικά κύτταρα, περιβάλλονται από ένα μαλακό και εύκαμπτο «γούνινο παλτό», που σχηματίζεται κυρίως από μόρια πολυσακχαριτών, τα οποία, προσκολλώντας σε ορισμένες πρωτεΐνες και λιπίδια της μεμβράνης, περιβάλλουν το κύτταρο από έξω. Η σύνθεση των πολυσακχαριτών είναι ειδική για διαφορετικούς ιστούς, λόγω των οποίων τα κύτταρα «αναγνωρίζονται» μεταξύ τους και συνδέονται μεταξύ τους.

Τα φυτικά κύτταρα δεν έχουν τέτοιο «γούνινο παλτό». Έχουν μια μεμβράνη γεμάτη πόρους πάνω από την πλασματική μεμβράνη. κυτταρικό τοίχωμααποτελείται κυρίως από κυτταρίνη. Τα νήματα του κυτταροπλάσματος εκτείνονται από κύτταρο σε κύτταρο μέσω των πόρων, συνδέοντας τα κύτταρα μεταξύ τους. Έτσι πραγματοποιείται η σύνδεση μεταξύ των κυττάρων και επιτυγχάνεται η ακεραιότητα του σώματος.

Η κυτταρική μεμβράνη στα φυτά παίζει το ρόλο ενός ισχυρού σκελετού και προστατεύει το κύτταρο από βλάβες.

Τα περισσότερα βακτήρια και όλοι οι μύκητες έχουν κυτταρική μεμβράνη, μόνο η χημική τους σύσταση είναι διαφορετική. Στους μύκητες, αποτελείται από μια ουσία που μοιάζει με χιτίνη.

Τα κύτταρα των μυκήτων, των φυτών και των ζώων έχουν παρόμοια δομή. Υπάρχουν τρία κύρια μέρη σε ένα κύτταρο: ο πυρήνας, το κυτταρόπλασμα και η πλασματική μεμβράνη. Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται από λιπίδια και πρωτεΐνες. Εξασφαλίζει την είσοδο ουσιών στο κύτταρο και την απελευθέρωσή τους από το κύτταρο. Στα κύτταρα των φυτών, των μυκήτων και των περισσότερων βακτηρίων, υπάρχει μια κυτταρική μεμβράνη πάνω από την πλασματική μεμβράνη. Εκτελεί προστατευτική λειτουργία και παίζει το ρόλο του σκελετού. Στα φυτά, το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από κυτταρίνη, ενώ στους μύκητες, αποτελείται από μια ουσία που μοιάζει με χιτίνη. Τα ζωικά κύτταρα καλύπτονται με πολυσακχαρίτες που παρέχουν επαφές μεταξύ των κυττάρων του ίδιου ιστού.

Γνωρίζετε ότι ο κύριος όγκος του κυττάρου είναι κυτόπλασμα. Αποτελείται από νερό, αμινοξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, ATP, ιόντα μη οργανικών ουσιών. Το κυτταρόπλασμα περιέχει τον πυρήνα και τα οργανίδια του κυττάρου. Σε αυτό, οι ουσίες μετακινούνται από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο. Το κυτταρόπλασμα εξασφαλίζει την αλληλεπίδραση όλων των οργανιδίων. Εδώ γίνονται οι χημικές αντιδράσεις.

Ολόκληρο το κυτταρόπλασμα διαποτίζεται από λεπτούς μικροσωληνίσκους πρωτεΐνης, σχηματίζοντας κυτταροσκελετόςεξαιτίας του οποίου διατηρεί το μόνιμο σχήμα του. Ο κυτταρικός κυτταρικός σκελετός είναι εύκαμπτος, αφού οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους, να μετακινηθούν από το ένα άκρο και να βραχύνουν από το άλλο. Διάφορες ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο. Τι τους συμβαίνει στο κλουβί;

Στα λυσοσώματα - μικρά κυστίδια με στρογγυλεμένη μεμβράνη (βλ. Εικ. 1), μόρια σύνθετων οργανικών ουσιών διασπώνται σε απλούστερα μόρια με τη βοήθεια υδρολυτικών ενζύμων. Για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα, οι πολυσακχαρίτες σε μονοσακχαρίτες, τα λίπη σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Για αυτή τη λειτουργία, τα λυσοσώματα αναφέρονται συχνά ως «πεπτικοί σταθμοί» του κυττάρου.

Εάν η μεμβράνη των λυσοσωμάτων καταστραφεί, τότε τα ένζυμα που περιέχονται σε αυτά μπορούν να αφομοιώσουν το ίδιο το κύτταρο. Ως εκ τούτου, μερικές φορές τα λυσοσώματα ονομάζονται «εργαλεία για τη θανάτωση του κυττάρου».

Η ενζυματική οξείδωση μικρών μορίων αμινοξέων, μονοσακχαριτών, λιπαρών οξέων και αλκοολών που σχηματίζονται στα λυσοσώματα σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό αρχίζει στο κυτταρόπλασμα και τελειώνει σε άλλα οργανίδια - μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια είναι ραβδοειδή, νηματοειδή ή σφαιρικά οργανίδια, που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα από δύο μεμβράνες (Εικ. 4). Η εξωτερική μεμβράνη είναι λεία, ενώ η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πτυχές - cristaeπου αυξάνουν την επιφάνειά του. Τα ένζυμα που εμπλέκονται στις αντιδράσεις οξείδωσης των οργανικών ουσιών στο διοξείδιο του άνθρακα και το νερό βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται από το κύτταρο σε μόρια ATP. Επομένως, τα μιτοχόνδρια ονομάζονται «ηλεκτρονικοί σταθμοί» του κυττάρου.

Στο κύτταρο, οι οργανικές ουσίες όχι μόνο οξειδώνονται, αλλά και συντίθενται. Η σύνθεση λιπιδίων και υδατανθράκων πραγματοποιείται στο ενδοπλασματικό δίκτυο - EPS (Εικ. 5), και πρωτεϊνών - στα ριβοσώματα. Τι είναι το EPS; Πρόκειται για ένα σύστημα σωληναρίων και δεξαμενών, τα τοιχώματα των οποίων σχηματίζονται από μια μεμβράνη. Διαπερνούν ολόκληρο το κυτταρόπλασμα. Μέσω των καναλιών ER, οι ουσίες μετακινούνται σε διαφορετικά μέρη του κυττάρου.

Υπάρχει ένα ομαλό και τραχύ EPS. Οι υδατάνθρακες και τα λιπίδια συντίθενται στην επιφάνεια του λείου EPS με τη συμμετοχή ενζύμων. Η τραχύτητα του EPS δίνεται από μικρά στρογγυλεμένα σώματα που βρίσκονται πάνω του - ριβοσώματα(βλ. Εικ. 1), οι οποίες εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών.

Η σύνθεση οργανικών ουσιών γίνεται σε πλαστίδιαβρίσκεται μόνο στα φυτικά κύτταρα.

Ρύζι. 4. Σχήμα δομής μιτοχονδρίων.
1.- εξωτερική μεμβράνη. 2.- εσωτερική μεμβράνη? 3.- πτυχώσεις της εσωτερικής μεμβράνης - cristae.

Ρύζι. 5. Σχέδιο δομής ακατέργαστου EPS.

Ρύζι. 6. Σχέδιο δομής του χλωροπλάστη.
1.- εξωτερική μεμβράνη. 2.- εσωτερική μεμβράνη? 3.- Εσωτερικά περιεχόμενα του χλωροπλάστη. 4. - πτυχώσεις της εσωτερικής μεμβράνης, που συλλέγονται σε «στοίβες» και σχηματίζουν grana.

Σε άχρωμα πλαστίδια - λευκοπλάστες(από τα ελληνικά. λεύκος- λευκό και πλαστός- δημιουργήθηκε) άμυλο συσσωρεύεται. Οι κόνδυλοι της πατάτας είναι πολύ πλούσιοι σε λευκοπλάστες. Κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο χρώμα δίνεται σε φρούτα και λουλούδια χρωμοπλάστες(από τα ελληνικά. χρώμιο- χρώμα και πλαστός). Συνθέτουν τις χρωστικές που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση, - καροτενοειδή. Στη ζωή των φυτών, η σημασία χλωροπλάστες(από τα ελληνικά. χλωρός- πρασινωπό και πλαστός) - πράσινα πλαστίδια. Στο σχήμα 6, μπορείτε να δείτε ότι οι χλωροπλάστες καλύπτονται με δύο μεμβράνες: την εξωτερική και την εσωτερική. Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πτυχώσεις. ανάμεσα στις πτυχές υπάρχουν φυσαλίδες στοιβαγμένες σε σωρούς - δημητριακά. Οι κόκκοι περιέχουν μόρια χλωροφύλλης που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση. Κάθε χλωροπλάστης περιέχει περίπου 50 κόκκους διατεταγμένους σε σχέδιο σκακιέρας. Αυτή η διάταξη εξασφαλίζει τον μέγιστο φωτισμό κάθε κόκκου.

Στο κυτταρόπλασμα, πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες μπορούν να συσσωρευτούν με τη μορφή κόκκων, κρυστάλλων, σταγονιδίων. Αυτά τα συμπερίληψη- Αποθηκεύστε θρεπτικά συστατικά που καταναλώνονται από το κύτταρο ανάλογα με τις ανάγκες.

Στα φυτικά κύτταρα, μέρος των αποθεματικών θρεπτικών συστατικών, καθώς και τα προϊόντα αποσύνθεσης, συσσωρεύονται στον κυτταρικό χυμό των κενοτοπίων (βλ. Εικ. 1). Μπορούν να αντιπροσωπεύουν έως και το 90% του όγκου ενός φυτικού κυττάρου. Τα ζωικά κύτταρα έχουν προσωρινά κενοτόπια που δεν καταλαμβάνουν περισσότερο από το 5% του όγκου τους.

Ρύζι. 7. Σχέδιο δομής του συγκροτήματος Golgi.

Στο σχήμα 7 βλέπετε ένα σύστημα κοιλοτήτων που περιβάλλονται από μια μεμβράνη. το σύμπλεγμα golgi, που εκτελεί διάφορες λειτουργίες στο κύτταρο: συμμετέχει στη συσσώρευση και μεταφορά ουσιών, την απομάκρυνσή τους από το κύτταρο, το σχηματισμό λυσοσωμάτων, την κυτταρική μεμβράνη. Για παράδειγμα, μόρια κυτταρίνης εισέρχονται στην κοιλότητα του συμπλέγματος Golgi, τα οποία με τη βοήθεια φυσαλίδων μετακινούνται στην επιφάνεια του κυττάρου και περιλαμβάνονται στην κυτταρική μεμβράνη.

Τα περισσότερα κύτταρα αναπαράγονται με διαίρεση. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει κέντρο κυττάρων. Αποτελείται από δύο κεντρόλια που περιβάλλονται από πυκνό κυτταρόπλασμα (βλ. Εικ. 1). Στην αρχή της διαίρεσης, τα κεντρόλια αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου. Τα πρωτεϊνικά νημάτια αποκλίνουν από αυτά, τα οποία συνδέονται με τα χρωμοσώματα και εξασφαλίζουν την ομοιόμορφη κατανομή τους μεταξύ δύο θυγατρικών κυττάρων.

Όλα τα οργανίδια του κυττάρου είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Για παράδειγμα, τα μόρια πρωτεΐνης συντίθενται σε ριβοσώματα, μεταφέρονται μέσω διαύλων ER σε διαφορετικά μέρηκύτταρα και οι πρωτεΐνες καταστρέφονται στα λυσοσώματα. Τα πρόσφατα συντιθέμενα μόρια χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κυτταρικών δομών ή συσσωρεύονται στο κυτταρόπλασμα και τα κενοτόπια ως εφεδρικά θρεπτικά συστατικά.

Το κύτταρο είναι γεμάτο με κυτταρόπλασμα. Το κυτταρόπλασμα περιέχει τον πυρήνα και διάφορα οργανίδια: λυσοσώματα, μιτοχόνδρια, πλαστίδια, κενοτόπια, ER, κυτταρικό κέντρο, σύμπλεγμα Golgi. Διαφέρουν ως προς τη δομή και τις λειτουργίες τους. Όλα τα οργανίδια του κυτταροπλάσματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, διασφαλίζοντας την κανονική λειτουργία του κυττάρου.

Πίνακας 1. ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Ο πιο σημαντικός ρόλος στη ζωτική δραστηριότητα και την κυτταρική διαίρεση μυκήτων, φυτών και ζώων ανήκει στον πυρήνα και στα χρωμοσώματα που βρίσκονται σε αυτόν. Τα περισσότερα από τα κύτταρα αυτών των οργανισμών έχουν έναν μόνο πυρήνα, αλλά υπάρχουν και πολυπύρηνα κύτταρα, όπως τα μυϊκά κύτταρα. Ο πυρήνας βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα και έχει σχήμα στρογγυλό ή ωοειδές. Καλύπτεται με ένα κέλυφος που αποτελείται από δύο μεμβράνες. Η πυρηνική μεμβράνη έχει πόρους μέσω των οποίων γίνεται η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος. Ο πυρήνας είναι γεμάτος με πυρηνικό χυμό, ο οποίος περιέχει τους πυρήνες και τα χρωμοσώματα.

Πυρήνεςείναι «εργαστήρια παραγωγής» ριβοσωμάτων, τα οποία σχηματίζονται από ριβοσωμικό RNA που σχηματίζεται στον πυρήνα και πρωτεΐνες που συντίθενται στο κυτταρόπλασμα.

Η κύρια λειτουργία του πυρήνα - η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών - σχετίζεται με χρωμοσώματα. Κάθε τύπος οργανισμού έχει το δικό του σύνολο χρωμοσωμάτων: συγκεκριμένο αριθμό, σχήμα και μέγεθος.

Όλα τα κύτταρα του σώματος εκτός από τα σεξουαλικά κύτταρα ονομάζονται σωματικός(από τα ελληνικά. λυκόψαρο- σώμα). Τα κύτταρα ενός οργανισμού του ίδιου είδους περιέχουν το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, κάθε κύτταρο του σώματος περιέχει 46 χρωμοσώματα, στη μύγα των φρούτων Drosophila - 8 χρωμοσώματα.

Τα σωματικά κύτταρα έχουν συνήθως ένα διπλό σύνολο χρωμοσωμάτων. Ονομάζεται διπλοειδήςκαι συμβολίζεται με 2 n. Έτσι, ένα άτομο έχει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, δηλαδή 2 n= 46. Τα σεξουαλικά κύτταρα περιέχουν τα μισά χρωμοσώματα. Είναι single ή απλοειδής, κιτ. Άτομο 1 n = 23.

Όλα τα χρωμοσώματα στα σωματικά κύτταρα, σε αντίθεση με τα χρωμοσώματα στα γεννητικά κύτταρα, είναι ζευγαρωμένα. Τα χρωμοσώματα που αποτελούν το ένα ζεύγος είναι πανομοιότυπα μεταξύ τους. Τα ζευγαρωμένα χρωμοσώματα ονομάζονται ομόλογος. Χρωμοσώματα που ανήκουν σε διαφορετικά ζευγάριακαι διαφέρουν σε σχήμα και μέγεθος, που ονομάζονται μη ομόλογος(Εικ. 8).

Σε ορισμένα είδη, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μπορεί να είναι ίδιος. Για παράδειγμα, στο κόκκινο τριφύλλι και τον αρακά 2 n= 14. Ωστόσο, τα χρωμοσώματά τους διαφέρουν ως προς το σχήμα, το μέγεθος, τη νουκλεοτιδική σύνθεση των μορίων DNA.

Ρύζι. 8. Ένα σύνολο χρωμοσωμάτων σε κύτταρα Drosophila.

Ρύζι. 9. Η δομή του χρωμοσώματος.

Για να κατανοήσουμε τον ρόλο των χρωμοσωμάτων στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, είναι απαραίτητο να εξοικειωθούμε με τη δομή και τη χημική τους σύσταση.

Τα χρωμοσώματα ενός κυττάρου που δεν διαιρείται μοιάζουν με μακριές λεπτές κλωστές. Κάθε χρωμόσωμα πριν από την κυτταρική διαίρεση αποτελείται από δύο πανομοιότυπα νήματα - χρωματίδες, τα οποία συνδέονται μεταξύ των πτερυγίων σύσφιξης - (Εικ. 9).

Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA και πρωτεΐνες. Δεδομένου ότι η νουκλεοτιδική σύνθεση του DNA διαφέρει μεταξύ τους ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ, η σύνθεση των χρωμοσωμάτων είναι μοναδική για κάθε είδος.

Κάθε κύτταρο εκτός από τα βακτήρια έχει έναν πυρήνα που περιέχει πυρήνες και χρωμοσώματα. Κάθε είδος χαρακτηρίζεται από ένα συγκεκριμένο σύνολο χρωμοσωμάτων: αριθμό, σχήμα και μέγεθος. Στα σωματικά κύτταρα των περισσότερων οργανισμών, το σύνολο των χρωμοσωμάτων είναι διπλοειδές, στα σεξουαλικά κύτταρα είναι απλοειδές. Τα ζευγαρωμένα χρωμοσώματα ονομάζονται ομόλογα. Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA και πρωτεΐνες. Τα μόρια DNA παρέχουν αποθήκευση και μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών από κύτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό.

Έχοντας επεξεργαστεί αυτά τα θέματα, θα πρέπει να είστε σε θέση:

1. Πείτε σε ποιες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ένα μικροσκόπιο φωτός (δομή), ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης.
2. Περιγράψτε τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης και εξηγήστε τη σχέση μεταξύ της δομής της μεμβράνης και της ικανότητάς της να ανταλλάσσει ουσίες μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος.
3. Προσδιορίστε τις διαδικασίες: διάχυση, διευκολυνόμενη διάχυση, ενεργή μεταφορά, ενδοκυττάρωση, εξωκυττάρωση και όσμωση. Επισημάνετε τις διαφορές μεταξύ αυτών των διαδικασιών.
4. Ονομάστε τις λειτουργίες των δομών και υποδείξτε σε ποια κύτταρα (φυτικά, ζωικά ή προκαρυωτικά) βρίσκονται: πυρήνας, πυρηνική μεμβράνη, πυρηνόπλασμα, χρωμοσώματα, πλασματική μεμβράνη, ριβόσωμα, μιτοχόνδριο, κυτταρικό τοίχωμα, χλωροπλάστης, κενοτόπιο, λυσόσωμα, λείο ενδοπλασματικό δίκτυο ( κοκκώδης) και τραχιά (κοκκώδης), κυτταρικό κέντρο, συσκευή golgi, βλεφαρίδα, μαστίγιο, μεσόσωμα, πίλοι ή κροσσοί.
5. Ονομάστε τουλάχιστον τρία σημάδια με τα οποία ένα φυτικό κύτταρο μπορεί να διακριθεί από ένα ζωικό κύτταρο.
6. Καταγράψτε τις κύριες διαφορές μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Γενική βιολογίαΜόσχα, "Διαφωτισμός", 2000

• Θέμα 1. «Πλασματική μεμβράνη». §1, §8 σελ. 5;20
• Θέμα 2. «Κλουβί». §8-10 σελ. 20-30
• Θέμα 3. "Προκαρυωτικό κύτταρο. Ιοί." §11 σελ. 31-34

Κυτόπλασμα- ένα υποχρεωτικό τμήμα του κυττάρου, που περικλείεται μεταξύ της πλασματικής μεμβράνης και του πυρήνα. Υποδιαιρείται σε υαλόπλασμα (η κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος), οργανίδια (μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος) και εγκλείσματα (προσωρινά συστατικά του κυτταροπλάσματος). Χημική σύνθεσηκυτταρόπλασμα: η βάση είναι το νερό (60-90% της συνολικής μάζας του κυτταροπλάσματος), διάφορες οργανικές και ανόργανες ενώσεις. Το κυτταρόπλασμα είναι αλκαλικό. χαρακτηριστικόκυτταρόπλασμα ευκαρυωτικών κυττάρων - σταθερή κίνηση ( κύκλωση). Ανιχνεύεται κυρίως από την κίνηση των κυτταρικών οργανιδίων, όπως οι χλωροπλάστες. Εάν σταματήσει η κίνηση του κυτταροπλάσματος, το κύτταρο πεθαίνει, αφού μόνο σε συνεχή κίνηση μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες του.

Υαλόπλασμα ( κυτοσόλιο) είναι ένα άχρωμο, γλοιώδες, παχύρρευστο και διαφανές κολλοειδές διάλυμα. Είναι σε αυτό που λαμβάνουν χώρα όλες οι μεταβολικές διεργασίες, παρέχει τη διασύνδεση του πυρήνα και όλων των οργανιδίων. Ανάλογα με την επικράτηση του υγρού μέρους ή των μεγάλων μορίων στο υαλόπλασμα, διακρίνονται δύο μορφές υαλοπλάσματος: σολ- περισσότερο υγρό υαλόπλασμα και γέλη- πυκνότερο υαλόπλασμα. Είναι δυνατές αμοιβαίες μεταβάσεις μεταξύ τους: η γέλη μετατρέπεται σε sol και αντίστροφα.

Λειτουργίες του κυτταροπλάσματος:

1. ενσωμάτωση όλων των στοιχείων του κυττάρου σε ένα ενιαίο σύστημα,
2. περιβάλλον για τη διέλευση πολλών βιοχημικών και φυσιολογικών διεργασιών,
3. περιβάλλον για την ύπαρξη και τη λειτουργία των οργανιδίων.

Κυτταρικά τοιχώματα

Κυτταρικά τοιχώματαπεριορίζουν τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τουλάχιστον δύο στρώματα μπορούν να διακριθούν σε κάθε κυτταρική μεμβράνη. Το εσωτερικό στρώμα είναι δίπλα στο κυτταρόπλασμα και αντιπροσωπεύεται από μεμβράνη πλάσματος(συνώνυμα - πλασμάλεμα, κυτταρική μεμβράνη, κυτταροπλασματική μεμβράνη), πάνω από την οποία σχηματίζεται το εξωτερικό στρώμα. Σε ένα ζωικό κύτταρο, είναι λεπτό και λέγεται γλυκοκάλυκα(που σχηματίζεται από γλυκοπρωτεΐνες, γλυκολιπίδια, λιποπρωτεΐνες), σε ένα φυτικό κύτταρο - παχύ, που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα(σχηματίζεται από κυτταρίνη).

Όλες οι βιολογικές μεμβράνες έχουν κοινό δομικά χαρακτηριστικάκαι ιδιότητες. Επί του παρόντος γενικά αποδεκτό ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της δομής της μεμβράνης. Η βάση της μεμβράνης είναι μια λιπιδική διπλοστιβάδα, που σχηματίζεται κυρίως από φωσφολιπίδια. Τα φωσφολιπίδια είναι τριγλυκερίδια στα οποία ένα υπόλειμμα λιπαρού οξέος αντικαθίσταται από ένα υπόλειμμα φωσφορικό οξύ; το τμήμα του μορίου στο οποίο βρίσκεται το υπόλειμμα του φωσφορικού οξέος ονομάζεται υδρόφιλη κεφαλή, τα τμήματα στα οποία βρίσκονται τα υπολείμματα λιπαρών οξέων ονομάζονται υδρόφοβες ουρές. Στη μεμβράνη, τα φωσφολιπίδια είναι διατεταγμένα με αυστηρά διατεταγμένο τρόπο: οι υδρόφοβες ουρές των μορίων αντικρίζουν η μία την άλλη και οι υδρόφιλες κεφαλές στρέφονται προς τα έξω, προς το νερό.

Εκτός από τα λιπίδια, η μεμβράνη περιέχει πρωτεΐνες (κατά μέσο όρο ≈ 60%). Καθορίζουν τις περισσότερες ειδικές λειτουργίες της μεμβράνης (μεταφορά ορισμένων μορίων, κατάλυση αντιδράσεων, λήψη και μετατροπή σημάτων από το περιβάλλον κ.λπ.). Διάκριση: 1) περιφερικές πρωτεΐνες(βρίσκεται στο εξωτερικό ή εσωτερική επιφάνειαλιπιδική διπλοστιβάδα), 2) ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες(βυθισμένο στη διπλοστοιβάδα λιπιδίων σε διαφορετικά βάθη), 3) ενσωματωμένες ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες(διαπερνούν τη μεμβράνη διαμέσου και διαμέσου, ενώ έρχονται σε επαφή τόσο με το εξωτερικό όσο και με το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου). Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες σε ορισμένες περιπτώσεις ονομάζονται σχηματίζοντας κανάλια ή κανάλι, καθώς μπορούν να θεωρηθούν ως υδρόφιλα κανάλια μέσω των οποίων τα πολικά μόρια περνούν στο κύτταρο (το λιπιδικό συστατικό της μεμβράνης δεν θα τα άφηνε να περάσουν).

Α - υδρόφιλη κεφαλή του φωσφολιπιδίου. C, υδρόφοβες ουρές του φωσφολιπιδίου. 1 - υδρόφοβες περιοχές των πρωτεϊνών Ε και F. 2, υδρόφιλες περιοχές της πρωτεΐνης F; 3 - μια διακλαδισμένη ολιγοσακχαριδική αλυσίδα συνδεδεμένη με ένα λιπίδιο σε ένα μόριο γλυκολιπιδίου (τα γλυκολιπίδια είναι λιγότερο κοινά από τις γλυκοπρωτεΐνες). 4 - διακλαδισμένη ολιγοσακχαριτική αλυσίδα συνδεδεμένη με μια πρωτεΐνη σε ένα μόριο γλυκοπρωτεΐνης. 5 - υδρόφιλο κανάλι (λειτουργεί ως πόρος μέσω του οποίου μπορούν να περάσουν ιόντα και μερικά πολικά μόρια).

Η μεμβράνη μπορεί να περιέχει υδατάνθρακες (έως 10%). Το υδατανθρακικό συστατικό των μεμβρανών αντιπροσωπεύεται από αλυσίδες ολιγοσακχαριτών ή πολυσακχαριτών που σχετίζονται με μόρια πρωτεΐνης (γλυκοπρωτεΐνες) ή λιπίδια (γλυκολιπίδια). Βασικά, οι υδατάνθρακες βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Οι υδατάνθρακες παρέχουν λειτουργίες υποδοχέα της μεμβράνης. Στα ζωικά κύτταρα, οι γλυκοπρωτεΐνες σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα επιμεμβράνης, τον γλυκοκάλυκα, πάχους πολλών δεκάδων νανόμετρων. Πολλοί κυτταρικοί υποδοχείς βρίσκονται σε αυτό, με τη βοήθειά του εμφανίζεται κυτταρική προσκόλληση.

Τα μόρια των πρωτεϊνών, των υδατανθράκων και των λιπιδίων είναι κινητά, ικανά να κινούνται στο επίπεδο της μεμβράνης. Το πάχος της πλασματικής μεμβράνης είναι περίπου 7,5 nm.

Λειτουργίες μεμβράνης

Οι μεμβράνες εκτελούν τις ακόλουθες λειτουργίες:

1. διαχωρισμός του κυτταρικού περιεχομένου από το εξωτερικό περιβάλλον,
2. ρύθμιση του μεταβολισμού μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος,
3. διαίρεση του κυττάρου σε διαμερίσματα ("διαμερίσματα"),
4. θέση των "ενζυματικών μεταφορέων",
5. παροχή επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων στους ιστούς των πολυκύτταρων οργανισμών (προσκόλληση),
6. αναγνώριση σήματος.

Το πιο σημαντικό ιδιότητα μεμβράνης- επιλεκτική διαπερατότητα, δηλ. Οι μεμβράνες είναι εξαιρετικά διαπερατές σε ορισμένες ουσίες ή μόρια και ελάχιστα διαπερατές (ή εντελώς αδιαπέραστες) σε άλλες. Αυτή η ιδιότητα αποτελεί τη βάση της ρυθμιστικής λειτουργίας των μεμβρανών, η οποία εξασφαλίζει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η διαδικασία με την οποία οι ουσίες περνούν από την κυτταρική μεμβράνη ονομάζεται μεταφορά ουσιών. Διάκριση: 1) παθητική μεταφορά- η διαδικασία διέλευσης ουσιών, χωρίς ενέργεια. 2) ενεργή μεταφορά- η διαδικασία διέλευσης ουσιών, συνοδευόμενη από το κόστος της ενέργειας.

Στο παθητική μεταφοράοι ουσίες μετακινούνται από μια περιοχή με μεγαλύτερη συγκέντρωση σε μια περιοχή με χαμηλότερη, δηλ. κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. Σε οποιοδήποτε διάλυμα υπάρχουν μόρια του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Η διαδικασία κίνησης των μορίων της διαλυμένης ουσίας ονομάζεται διάχυση, η κίνηση των μορίων του διαλύτη ονομάζεται όσμωση. Εάν το μόριο είναι φορτισμένο, τότε η μεταφορά του επηρεάζεται από την ηλεκτρική κλίση. Επομένως, συχνά μιλάμε για ηλεκτροχημική κλίση, συνδυάζοντας και τις δύο βαθμίδες μαζί. Η ταχύτητα μεταφοράς εξαρτάται από το μέγεθος της κλίσης.

Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι παθητικής μεταφοράς: 1) απλή διάχυση- μεταφορά ουσιών απευθείας μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας (οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα). 2) διάχυση μέσω των καναλιών μεμβράνης- μεταφορά μέσω πρωτεϊνών που σχηματίζουν κανάλι (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) διευκολυνόμενη διάχυση- μεταφορά ουσιών με τη χρήση ειδικών πρωτεϊνών μεταφοράς, καθεμία από τις οποίες είναι υπεύθυνη για την κίνηση ορισμένων μορίων ή ομάδων σχετικών μορίων (γλυκόζη, αμινοξέα, νουκλεοτίδια). τέσσερα) ώσμωση- μεταφορά μορίων νερού (σε όλα τα βιολογικά συστήματα, το νερό είναι ο διαλύτης).

Χρειάζομαι ενεργή μεταφοράεμφανίζεται όταν είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η μεταφορά μορίων μέσω της μεμβράνης έναντι της ηλεκτροχημικής βαθμίδας. Αυτή η μεταφορά πραγματοποιείται από ειδικές πρωτεΐνες-φορείς, η δραστηριότητα των οποίων απαιτεί ενεργειακή δαπάνη. Η πηγή ενέργειας είναι τα μόρια ATP. Η ενεργή μεταφορά περιλαμβάνει: 1) αντλία Na + /K + (αντλία νατρίου-καλίου), 2) ενδοκυττάρωση, 3) εξωκυττάρωση.

Εργασία Na + /K + -αντλία. Για φυσιολογική λειτουργία, το κύτταρο πρέπει να διατηρεί μια ορισμένη αναλογία ιόντων K + και Na + στο κυτταρόπλασμα και στο εξωτερικό περιβάλλον. Η συγκέντρωση του K + μέσα στο κύτταρο θα πρέπει να είναι σημαντικά υψηλότερη από ό,τι έξω από αυτό, και το Na + - αντίστροφα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το Na + και το K + μπορούν να διαχέονται ελεύθερα μέσω των πόρων της μεμβράνης. Η αντλία Na+/K+ εξουδετερώνει την εξίσωση αυτών των συγκεντρώσεων ιόντων και αντλεί ενεργά το Na+ έξω από το κύτταρο και το K+ στο κύτταρο. Η αντλία Na + /K + είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη ικανή για αλλαγές διαμόρφωσης, έτσι ώστε να μπορεί να προσκολλήσει τόσο το K + όσο και το Na + . Ο κύκλος λειτουργίας της αντλίας Na + /K + μπορεί να χωριστεί στις ακόλουθες φάσεις: 1) προσθήκη Na + με μέσαμεμβράνες, 2) φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης αντλίας, 3) απελευθέρωση Na + στον εξωκυτταρικό χώρο, 4) προσκόλληση K + από το εξωτερικό της μεμβράνης, 5) αποφωσφορυλίωση της πρωτεΐνης αντλίας, 6) απελευθέρωση K + στο ενδοκυτταρικός χώρος. Η αντλία νατρίου-καλίου καταναλώνει σχεδόν το ένα τρίτο της ενέργειας που απαιτείται για τη ζωή του κυττάρου. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου λειτουργίας, η αντλία αντλεί 3Na + από το στοιχείο και αντλεί σε 2K +.

Ενδοκυττάρωση- η διαδικασία απορρόφησης από το κύτταρο μεγάλων σωματιδίων και μακρομορίων. Υπάρχουν δύο τύποι ενδοκυττάρωσης: 1) φαγοκυττάρωση- σύλληψη και απορρόφηση μεγάλων σωματιδίων (κύτταρα, κυτταρικά μέρη, μακρομόρια) και 2) πινοκυττάρωση- σύλληψη και απορρόφηση υγρού υλικού (διάλυμα, κολλοειδές διάλυμα, εναιώρημα). Το φαινόμενο της φαγοκυττάρωσης ανακαλύφθηκε από τον Ι.Ι. Mechnikov το 1882. Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, η πλασματική μεμβράνη σχηματίζει μια διήθηση, τα άκρα της συγχωνεύονται και οι δομές που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα από μία μόνο μεμβράνη συνδέονται στο κυτταρόπλασμα. Πολλά πρωτόζωα και μερικά λευκοκύτταρα είναι ικανά για φαγοκυττάρωση. Πινοκυττάρωση παρατηρείται στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου, στο ενδοθήλιο των τριχοειδών αγγείων του αίματος.

Εξωκυττάρωση- η αντίστροφη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης: η απομάκρυνση διαφόρων ουσιών από το κύτταρο. Κατά την εξωκυττάρωση, η μεμβράνη του κυστιδίου συγχωνεύεται με την εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη, τα περιεχόμενα του κυστιδίου απομακρύνονται έξω από το κύτταρο και η μεμβράνη του περιλαμβάνεται στην εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη. Με αυτόν τον τρόπο αποβάλλονται ορμόνες από τα κύτταρα των ενδοκρινών αδένων και στα πρωτόζωα παραμένει άπεπτη τροφή.

Παω σε διαλέξεις αριθμός 5«Θεωρία των κυττάρων. Τύποι κυτταρικής οργάνωσης»

Παω σε διαλέξεις αριθμός 7«Ευκαρυωτικό κύτταρο: δομή και λειτουργίες οργανιδίων»

κυτταρική μεμβράνη

Εικόνα κυτταρικής μεμβράνης. Μικρές μπλε και λευκές μπάλες αντιστοιχούν στα υδρόφοβα «κεφάλια» των φωσφολιπιδίων και οι γραμμές που συνδέονται σε αυτές αντιστοιχούν στις υδρόφιλες «ουρές». Το σχήμα δείχνει μόνο ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες (κόκκινα σφαιρίδια και κίτρινες έλικες). Κίτρινες οβάλ κουκκίδες μέσα στη μεμβράνη - μόρια χοληστερόλης Κιτρινοπράσινες αλυσίδες σφαιριδίων στο εξωτερικό της μεμβράνης - αλυσίδες ολιγοσακχαριτών που σχηματίζουν τον γλυκοκάλυκα

Η βιολογική μεμβράνη περιλαμβάνει επίσης διάφορες πρωτεΐνες: ενιαία (διεισδύει στη μεμβράνη μέσω), ημι-ολοκληρωμένη (βυθισμένη στο ένα άκρο στο εξωτερικό ή εσωτερικό λιπιδικό στρώμα), επιφάνεια (βρίσκεται στην εξωτερική ή δίπλα στις εσωτερικές πλευρές της μεμβράνης). Ορισμένες πρωτεΐνες είναι τα σημεία επαφής της κυτταρικής μεμβράνης με τον κυτταροσκελετό μέσα στο κύτταρο και το κυτταρικό τοίχωμα (αν υπάρχει) έξω. Μερικές από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες λειτουργούν ως δίαυλοι ιόντων, διάφοροι μεταφορείς και υποδοχείς.

Λειτουργίες

• εμπόδιο - παρέχει έναν ρυθμισμένο, επιλεκτικό, παθητικό και ενεργό μεταβολισμό με το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η μεμβράνη υπεροξισώματος προστατεύει το κυτταρόπλασμα από επικίνδυνα για το κύτταρο υπεροξείδια. Επιλεκτική διαπερατότητα σημαίνει ότι η διαπερατότητα μιας μεμβράνης σε διάφορα άτομα ή μόρια εξαρτάται από το μέγεθος, το ηλεκτρικό φορτίο και τις χημικές τους ιδιότητες. Η επιλεκτική διαπερατότητα εξασφαλίζει τον διαχωρισμό των κυψελών και των κυτταρικών διαμερισμάτων από το περιβάλλον και την τροφοδοσία τους με τις απαραίτητες ουσίες.
• μεταφορά - μέσω της μεμβράνης γίνεται μεταφορά ουσιών μέσα στο κύτταρο και έξω από το κύτταρο. Η μεταφορά μέσω των μεμβρανών παρέχει: την παροχή θρεπτικών ουσιών, την απομάκρυνση των τελικών προϊόντων του μεταβολισμού, την έκκριση διαφόρων ουσιών, τη δημιουργία ιοντικών βαθμίδων, τη διατήρηση της βέλτιστης συγκέντρωσης ιόντων στο κύτταρο, τα οποία είναι απαραίτητα για τη λειτουργία του κυτταρικά ένζυμα.
  Σωματίδια που για κάποιο λόγο δεν μπορούν να διασχίσουν τη διπλοστοιβάδα των φωσφολιπιδίων (για παράδειγμα, λόγω υδρόφιλων ιδιοτήτων, καθώς η μεμβράνη στο εσωτερικό είναι υδρόφοβη και δεν επιτρέπει τη διέλευση υδρόφιλων ουσιών ή λόγω μεγάλα μεγέθη), αλλά απαραίτητο για το κύτταρο, μπορεί να διεισδύσει στη μεμβράνη μέσω ειδικών πρωτεϊνών-φορέων (μεταφορέων) και πρωτεϊνών καναλιού ή με ενδοκυττάρωση.
  Στην παθητική μεταφορά, οι ουσίες διασχίζουν τη λιπιδική διπλή στιβάδα χωρίς δαπάνη ενέργειας κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης με διάχυση. Μια παραλλαγή αυτού του μηχανισμού είναι η διευκολυνόμενη διάχυση, στην οποία ένα συγκεκριμένο μόριο βοηθά μια ουσία να περάσει μέσα από τη μεμβράνη. Αυτό το μόριο μπορεί να έχει ένα κανάλι που επιτρέπει τη διέλευση μόνο ενός τύπου ουσίας.
  Η ενεργή μεταφορά απαιτεί ενέργεια, καθώς συμβαίνει σε μια κλίση συγκέντρωσης. Υπάρχουν ειδικές πρωτεΐνες αντλίας στη μεμβράνη, συμπεριλαμβανομένης της ATPase, η οποία αντλεί ενεργά ιόντα καλίου (K +) στο κύτταρο και αντλεί ιόντα νατρίου (Na +) έξω από αυτό.
• μήτρα - παρέχει μια ορισμένη σχετική θέση και προσανατολισμό των πρωτεϊνών της μεμβράνης, τη βέλτιστη αλληλεπίδρασή τους.
• μηχανική - εξασφαλίζει την αυτονομία του κυττάρου, τις ενδοκυτταρικές δομές του, καθώς και τη σύνδεση με άλλα κύτταρα (σε ιστούς). Τα κυτταρικά τοιχώματα παίζουν σημαντικό ρόλο στην παροχή μηχανικής λειτουργίας και στα ζώα - μεσοκυτταρική ουσία.
• ενέργεια - κατά τη φωτοσύνθεση στους χλωροπλάστες και την κυτταρική αναπνοή στα μιτοχόνδρια, λειτουργούν συστήματα μεταφοράς ενέργειας στις μεμβράνες τους, στις οποίες συμμετέχουν και οι πρωτεΐνες.
• υποδοχέας - ορισμένες πρωτεΐνες που βρίσκονται στη μεμβράνη είναι υποδοχείς (μόρια με τα οποία το κύτταρο αντιλαμβάνεται ορισμένα σήματα).
  Για παράδειγμα, οι ορμόνες που κυκλοφορούν στο αίμα δρουν μόνο σε κύτταρα στόχους που έχουν υποδοχείς που αντιστοιχούν σε αυτές τις ορμόνες. Οι νευροδιαβιβαστές (χημικές ουσίες που διεξάγουν νευρικές ώσεις) συνδέονται επίσης με συγκεκριμένες πρωτεΐνες υποδοχέα στα κύτταρα-στόχους.
• ενζυματικές - οι μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι συχνά ένζυμα. Για παράδειγμα, οι πλασματικές μεμβράνες των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων περιέχουν πεπτικά ένζυμα.
• υλοποίηση παραγωγής και διεξαγωγής βιοδυναμικών.
  Με τη βοήθεια της μεμβράνης, διατηρείται μια σταθερή συγκέντρωση ιόντων στο κύτταρο: η συγκέντρωση του ιόντος K + μέσα στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι έξω και η συγκέντρωση του Na + είναι πολύ χαμηλότερη, κάτι που είναι πολύ σημαντικό, καθώς Αυτό διατηρεί τη διαφορά δυναμικού σε όλη τη μεμβράνη και δημιουργεί μια νευρική ώθηση.
• κυτταρική σήμανση - υπάρχουν αντιγόνα στη μεμβράνη που λειτουργούν ως δείκτες - «ετικέτες» που επιτρέπουν την αναγνώριση του κυττάρου. Πρόκειται για γλυκοπρωτεΐνες (δηλαδή πρωτεΐνες με διακλαδισμένες πλευρικές αλυσίδες ολιγοσακχαριτών προσαρτημένες σε αυτές) που παίζουν το ρόλο των «κεριών». Λόγω των μυριάδων διαμορφώσεων πλευρικής αλυσίδας, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας συγκεκριμένος δείκτης για κάθε τύπο κυψέλης. Με τη βοήθεια δεικτών, τα κύτταρα μπορούν να αναγνωρίσουν άλλα κύτταρα και να ενεργήσουν σε συντονισμό με αυτά, για παράδειγμα, όταν σχηματίζουν όργανα και ιστούς. Επιτρέπει επίσης στο ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει ξένα αντιγόνα.

Δομή και σύνθεση βιομεμβρανών

Οι μεμβράνες αποτελούνται από τρεις κατηγορίες λιπιδίων: φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια και χοληστερόλη. Τα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια (λιπίδια με υδατάνθρακες συνδεδεμένους σε αυτά) αποτελούνται από δύο μακριές υδρόφοβες υδρογονανθρακικές «ουρές» που συνδέονται με ένα φορτισμένο υδρόφιλο «κεφάλι». Η χοληστερόλη σκληραίνει τη μεμβράνη καταλαμβάνοντας τον ελεύθερο χώρο μεταξύ των υδρόφοβων λιπιδικών ουρών και εμποδίζοντας την κάμψη τους. Επομένως, οι μεμβράνες με χαμηλή περιεκτικότητα σε χοληστερόλη είναι πιο εύκαμπτες, ενώ αυτές με υψηλή περιεκτικότητα σε χοληστερόλη είναι πιο άκαμπτες και εύθραυστες. Η χοληστερόλη χρησιμεύει επίσης ως «πώμα» που εμποδίζει την κίνηση των πολικών μορίων από και προς το κύτταρο. Ένα σημαντικό μέρος της μεμβράνης αποτελείται από πρωτεΐνες που τη διαπερνούν και είναι υπεύθυνες για διάφορες ιδιότητες των μεμβρανών. Η σύνθεση και ο προσανατολισμός τους σε διαφορετικές μεμβράνες διαφέρουν.

Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι συχνά ασύμμετρες, δηλαδή, τα στρώματα διαφέρουν ως προς τη λιπιδική σύνθεση, τη μετάβαση ενός μεμονωμένου μορίου από το ένα στρώμα στο άλλο (το λεγόμενο σαγιονάρα) είναι δύσκολο.

Μεμβρανικά οργανίδια

Πρόκειται για κλειστά μεμονωμένα ή διασυνδεδεμένα τμήματα του κυτταροπλάσματος, που διαχωρίζονται από το υαλόπλασμα με μεμβράνες. Τα οργανίδια μιας μεμβράνης περιλαμβάνουν το ενδοπλασματικό δίκτυο, τη συσκευή Golgi, τα λυσοσώματα, τα κενοτόπια, τα υπεροξισώματα. σε δύο μεμβράνες - πυρήνα, μιτοχόνδρια, πλαστίδια. Η δομή των μεμβρανών των διαφόρων οργανιδίων διαφέρει στη σύνθεση των λιπιδίων και των πρωτεϊνών της μεμβράνης.

Επιλεκτική διαπερατότητα

Οι κυτταρικές μεμβράνες έχουν εκλεκτική διαπερατότητα: γλυκόζη, αμινοξέα, λιπαρά οξέα, γλυκερίνη και ιόντα διαχέονται αργά μέσα από αυτές και οι ίδιες οι μεμβράνες ρυθμίζουν ενεργά αυτήν τη διαδικασία σε κάποιο βαθμό - ορισμένες ουσίες περνούν, ενώ άλλες όχι. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι μηχανισμοί για την είσοδο ουσιών στο κύτταρο ή την απομάκρυνσή τους από το κύτταρο προς τα έξω: διάχυση, όσμωση, ενεργή μεταφορά και εξω- ή ενδοκυττάρωση. Οι δύο πρώτες διαδικασίες είναι παθητικής φύσης, δηλαδή δεν απαιτούν ενέργεια. Οι δύο τελευταίες είναι ενεργές διαδικασίες που σχετίζονται με την κατανάλωση ενέργειας.

Η επιλεκτική διαπερατότητα της μεμβράνης κατά την παθητική μεταφορά οφείλεται σε ειδικά κανάλια - ενσωματωμένες πρωτεΐνες. Διεισδύουν στη μεμβράνη διαμέσου και διαμέσου, σχηματίζοντας ένα είδος διόδου. Τα στοιχεία K, Na και Cl έχουν τα δικά τους κανάλια. Όσον αφορά τη βαθμίδα συγκέντρωσης, τα μόρια αυτών των στοιχείων κινούνται μέσα και έξω από το κύτταρο. Όταν ερεθίζονται, τα κανάλια ιόντων νατρίου ανοίγουν και υπάρχει μια απότομη εισροή ιόντων νατρίου στο κύτταρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ανισορροπία στο δυναμικό της μεμβράνης. Μετά από αυτό, το δυναμικό της μεμβράνης αποκαθίσταται. Τα κανάλια καλίου είναι πάντα ανοιχτά, μέσω αυτών τα ιόντα καλίου εισέρχονται αργά στο κύτταρο.

δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

• Antonov V. F., Smirnova E. N., Shevchenko E. V.Λιπιδικές μεμβράνες κατά τη μετάβαση φάσης. - M .: Nauka, 1994.
• Gennis R.Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργίες: μετάφραση από τα αγγλικά. = Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργία (του Robert B. Gennis). - 1η έκδοση. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Berestovsky T. N.λιπιδική διπλοστιβάδα βιολογικών μεμβρανών. - M .: Nauka, 1982.
• Ρούμπιν Α. Μπ.Βιοφυσική, σχολικό βιβλίο σε 2 τόμους. - 3η έκδοση, αναθεωρημένη και διευρυμένη. - M .: Moscow University Press, 2004. -

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 την εξωτερική κυτταρική μεμβράνη υπάρχει ένα πυκνό στρώμα κυτταρίνης με πόρους μέσω του οποίου πραγματοποιείται επικοινωνία μεταξύ γειτονικών κυττάρων 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 πλάσματος είναι να διασφαλίζει την επικοινωνία (σύνδεση) του κυττάρου με το εξωτερικό περιβάλλον μέσω 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 ό,τι 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).

Στο ζωικό βασίλειο 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 αφαίρεσης από το κύτταρο ενός πολυκύτταρου οργανισμού του υποστρώματος που εκκρίνεται από αυτόν, το οποίο είναι απαραίτητο για τη λειτουργία άλλων κυττάρων, ιστών και οργάνων.

οριοθέτηση ( εμπόδιο) - Διαχωρίστε το κυτταρικό περιεχόμενο από το εξωτερικό περιβάλλον.

Ρυθμίζει την ανταλλαγή μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος.

Διαιρέστε τα κύτταρα σε διαμερίσματα ή διαμερίσματα, σχεδιασμένα για ορισμένες εξειδικευμένες μεταβολικές οδούς ( χωρίζοντας);

Είναι ο τόπος ορισμένων χημικών αντιδράσεων (αντιδράσεις φωτός της φωτοσύνθεσης σε χλωροπλάστες, οξειδωτική φωσφορυλίωση κατά την αναπνοή στα μιτοχόνδρια).

Παρέχει επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων στους ιστούς των πολυκύτταρων οργανισμών.

Μεταφορά- πραγματοποιεί διαμεμβρανική μεταφορά.

Αισθητήριο νεύρο- είναι η θέση εντοπισμού θέσεων υποδοχέων που αναγνωρίζουν εξωτερικά ερεθίσματα.

Μεταφορά ουσιώνμέσω της μεμβράνης είναι μια από τις κύριες λειτουργίες της μεμβράνης, η οποία εξασφαλίζει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Ανάλογα με το ενεργειακό κόστος για τη μεταφορά ουσιών, υπάρχουν:

παθητική μεταφορά ή διευκολυνόμενη διάχυση.

ενεργή (επιλεκτική) μεταφορά με τη συμμετοχή ΑΤΡ και ενζύμων.

μεταφορά σε συσκευασία μεμβράνης. Υπάρχουν ενδοκυττάρωση (μέσα στο κύτταρο) και εξωκυττάρωση (έξω από το κύτταρο) - μηχανισμοί που μεταφέρουν μεγάλα σωματίδια και μακρομόρια μέσω της μεμβράνης. Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, η πλασματική μεμβράνη σχηματίζει μια διήθηση, τα άκρα της συγχωνεύονται και ένα κυστίδιο δένεται στο κυτταρόπλασμα. Το κυστίδιο οριοθετείται από το κυτταρόπλασμα από μία μόνο μεμβράνη, η οποία είναι μέρος της εξωτερικής κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Διάκριση μεταξύ φαγοκυττάρωσης και πινοκυττάρωσης. Φαγοκυττάρωση είναι η απορρόφηση μεγάλων σωματιδίων, μάλλον στερεών. Για παράδειγμα, φαγοκυττάρωση λεμφοκυττάρων, πρωτόζωων κ.λπ. Πινοκύττωση είναι η διαδικασία σύλληψης και απορρόφησης υγρών σταγονιδίων με ουσίες διαλυμένες σε αυτό.

Η εξωκυττάρωση είναι η διαδικασία αφαίρεσης διαφόρων ουσιών από το κύτταρο. Κατά την εξωκυττάρωση, η μεμβράνη του κυστιδίου ή του κενοτοπίου συγχωνεύεται με την εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη. Τα περιεχόμενα του κυστιδίου αφαιρούνται από την κυτταρική επιφάνεια και η μεμβράνη περιλαμβάνεται στην εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη.

Στον πυρήνα παθητικόςμεταφορά αφόρτιτων μορίων είναι η διαφορά μεταξύ των συγκεντρώσεων υδρογόνου και φορτίων, δηλ. ηλεκτροχημική κλίση. Οι ουσίες θα μετακινηθούν από μια περιοχή με υψηλότερη κλίση σε μια περιοχή με χαμηλότερη. Η ταχύτητα μεταφοράς εξαρτάται από τη διαφορά κλίσης.

Η απλή διάχυση είναι η μεταφορά ουσιών απευθείας μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας. Χαρακτηριστικό αερίων, μη πολικά ή μικρά αφόρτιστα πολικά μόρια, διαλυτά σε λίπη. Το νερό διεισδύει γρήγορα μέσω της διπλής στιβάδας, επειδή. το μόριο του είναι μικρό και ηλεκτρικά ουδέτερο. Η διάχυση του νερού στις μεμβράνες ονομάζεται όσμωση.

Η διάχυση μέσω των διαύλων μεμβράνης είναι η μεταφορά φορτισμένων μορίων και ιόντων (Na, K, Ca, Cl) που διεισδύουν στη μεμβράνη λόγω της παρουσίας σε αυτήν ειδικών πρωτεϊνών σχηματισμού καναλιών που σχηματίζουν πόρους νερού.

Διευκολυνόμενη διάχυση είναι η μεταφορά ουσιών με τη βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών μεταφοράς. Κάθε πρωτεΐνη είναι υπεύθυνη για ένα αυστηρά καθορισμένο μόριο ή ομάδα σχετικών μορίων, αλληλεπιδρά μαζί της και κινείται μέσω της μεμβράνης. Για παράδειγμα, σάκχαρα, αμινοξέα, νουκλεοτίδια και άλλα πολικά μόρια.

ενεργή μεταφοράπραγματοποιείται από πρωτεΐνες - φορείς (ATPase) έναντι ηλεκτροχημικής βαθμίδας, με δαπάνη ενέργειας. Η πηγή του είναι τα μόρια ATP. Για παράδειγμα, η αντλία νατρίου-καλίου.

Η συγκέντρωση του καλίου μέσα στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι έξω από αυτό, και το νάτριο - αντίστροφα. Επομένως, τα κατιόντα καλίου και νατρίου διαχέονται παθητικά κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης μέσω των πόρων του νερού της μεμβράνης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαπερατότητα της μεμβράνης για ιόντα καλίου είναι υψηλότερη από ό,τι για ιόντα νατρίου. Κατά συνέπεια, το κάλιο διαχέεται γρηγορότερα έξω από το κύτταρο από το νάτριο στο κύτταρο. Ωστόσο, για την κανονική λειτουργία του κυττάρου, είναι απαραίτητη μια ορισμένη αναλογία 3 ιόντων καλίου και 2 νατρίου. Επομένως, υπάρχει μια αντλία νατρίου-καλίου στη μεμβράνη, η οποία αντλεί ενεργά το νάτριο έξω από το κύτταρο και το κάλιο στο κύτταρο. Αυτή η αντλία είναι μια διαμεμβρανική μεμβρανική πρωτεΐνη ικανή για διαμορφωτικές αναδιατάξεις. Ως εκ τούτου, μπορεί να προσκολλήσει στον εαυτό του τόσο ιόντα καλίου όσο και ιόντα νατρίου (αντιπορμικό). Η διαδικασία είναι ενεργοβόρα:

Τα ιόντα νατρίου και ένα μόριο ATP εισέρχονται στην πρωτεΐνη της αντλίας από το εσωτερικό της μεμβράνης και τα ιόντα καλίου από το εξωτερικό.

Τα ιόντα νατρίου συνδυάζονται με ένα μόριο πρωτεΐνης και η πρωτεΐνη αποκτά δραστηριότητα ΑΤΡάσης, δηλ. την ικανότητα να προκαλείται υδρόλυση ATP, η οποία συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας που οδηγεί την αντλία.

Το φωσφορικό που απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση του ΑΤΡ συνδέεται με την πρωτεΐνη, δηλ. φωσφορυλιώνει μια πρωτεΐνη.

Η φωσφορυλίωση προκαλεί μια διαμορφωτική αλλαγή στην πρωτεΐνη, δεν είναι σε θέση να συγκρατήσει ιόντα νατρίου. Απελευθερώνονται και βγαίνουν έξω από το κελί.

Η νέα διαμόρφωση της πρωτεΐνης προωθεί την προσθήκη ιόντων καλίου σε αυτήν.

Η προσθήκη ιόντων καλίου προκαλεί αποφωσφορυλίωση της πρωτεΐνης. Αλλάζει ξανά τη διαμόρφωση του.

Η αλλαγή στη διαμόρφωση της πρωτεΐνης οδηγεί στην απελευθέρωση ιόντων καλίου μέσα στο κύτταρο.

Η πρωτεΐνη είναι και πάλι έτοιμη να προσκολλήσει ιόντα νατρίου στον εαυτό της.

Σε έναν κύκλο λειτουργίας, η αντλία αντλεί 3 ιόντα νατρίου έξω από το στοιχείο και αντλεί 2 ιόντα καλίου.

Κυτόπλασμα- ένα υποχρεωτικό συστατικό του κυττάρου, που περικλείεται μεταξύ της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου και του πυρήνα. Είναι ένα σύνθετο ετερογενές δομικό σύμπλεγμα, που αποτελείται από:

υαλόπλασμα

οργανίδια (μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος)

εγκλείσματα - προσωρινά συστατικά του κυτταροπλάσματος.

κυτταροπλασματική μήτρα(υαλόπλασμα) είναι το εσωτερικό περιεχόμενο του κυττάρου - ένα άχρωμο, παχύ και διαφανές κολλοειδές διάλυμα. Τα συστατικά της κυτταροπλασματικής μήτρας πραγματοποιούν τις διαδικασίες της βιοσύνθεσης στο κύτταρο, περιέχουν τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό ενέργειας, κυρίως λόγω της αναερόβιας γλυκόλυσης.

Βασικές ιδιότητες της κυτταροπλασματικής μήτρας.

Προσδιορίζει τις κολλοειδείς ιδιότητες του κυττάρου. Μαζί με τις ενδοκυτταρικές μεμβράνες του κενοτοπικού συστήματος, μπορεί να θεωρηθεί ως ένα εξαιρετικά ετερογενές ή πολυφασικό κολλοειδές σύστημα.

Παρέχει μια αλλαγή στο ιξώδες του κυτταροπλάσματος, τη μετάβαση από ένα πήκτωμα (παχύτερο) σε ένα κολλοειδές διάλυμα (πιο υγρό), το οποίο συμβαίνει υπό την επίδραση εξωτερικών και εσωτερικών παραγόντων.

Παρέχει κυκλώσεις, κίνηση αμοιβοειδών, κυτταρική διαίρεση και κίνηση της χρωστικής στα χρωματοφόρα.

Προσδιορίζει την πολικότητα της θέσης των ενδοκυτταρικών συστατικών.

Παρέχει μηχανικές ιδιότητες των κυττάρων - ελαστικότητα, ικανότητα συγχώνευσης, ακαμψία.

Οργανίδια- μόνιμες κυτταρικές δομές που εξασφαλίζουν την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών από το κύτταρο. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της δομής, υπάρχουν:

μεμβρανώδη οργανίδια - έχουν δομή μεμβράνης. Μπορούν να είναι μονομεμβρανικά (ER, συσκευή Golgi, λυσοσώματα, κενοτόπια φυτικών κυττάρων). Διπλή μεμβράνη (μιτοχόνδρια, πλαστίδια, πυρήνας).

Μη μεμβρανικά οργανίδια - δεν έχουν δομή μεμβράνης (χρωμοσώματα, ριβοσώματα, κυτταρικό κέντρο, κυτταροσκελετός).

Οργανίδια γενικής χρήσης - χαρακτηριστικά όλων των κυττάρων: πυρήνας, μιτοχόνδρια, κυτταρικό κέντρο, συσκευή Golgi, ριβοσώματα, ER, λυσοσώματα. Αν τα οργανίδια είναι χαρακτηριστικά του ορισμένοι τύποικύτταρα, ονομάζονται ειδικά οργανίδια (για παράδειγμα, μυοϊνίδια που μειώνουν τις μυϊκές ίνες).

Ενδοπλασματικό δίκτυο- μια ενιαία συνεχής δομή, η μεμβράνη της οποίας σχηματίζει πολλές εγκολπώσεις και πτυχώσεις που μοιάζουν με σωληνάρια, μικροκενάκια και μεγάλες στέρνες. Οι μεμβράνες EPS, αφενός, συνδέονται με την κυτταρική κυτταροπλασματική μεμβράνη και, αφετέρου, με το εξωτερικό κέλυφος της πυρηνικής μεμβράνης.

Υπάρχουν δύο τύποι EPS - τραχύ και λείο.

Σε τραχύ ή κοκκώδες ER, οι στέρνες και τα σωληνάρια συνδέονται με ριβοσώματα. είναι η εξωτερική πλευρά της μεμβράνης Δεν υπάρχει σύνδεση με τα ριβοσώματα σε ένα λείο ή κοκκώδες EPS. Αυτό είναι το εσωτερικό της μεμβράνης.