Δεν είναι μυστικό ότι όλα τα έμβια όντα στον πλανήτη μας αποτελούνται από κύτταρα, αυτές τις αμέτρητες "" οργανικές ύλες. Τα κύτταρα, με τη σειρά τους, περιβάλλονται από ένα ειδικό προστατευτικό κέλυφος - μια μεμβράνη, η οποία παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη ζωή του κυττάρου και στις λειτουργίες κυτταρική μεμβράνηδεν περιορίζονται μόνο στην προστασία των κυττάρων, αλλά αντιπροσωπεύουν έναν πολύπλοκο μηχανισμό που εμπλέκεται στην αναπαραγωγή, τη διατροφή και την αναγέννηση των κυττάρων.

Τι είναι η κυτταρική μεμβράνη

Η ίδια η λέξη "μεμβράνη" μεταφράζεται από τα λατινικά ως "μεμβράνη", αν και μια μεμβράνη δεν είναι απλώς ένα είδος φιλμ στο οποίο είναι τυλιγμένο ένα κελί, αλλά ένας συνδυασμός δύο μεμβρανών που συνδέονται μεταξύ τους και έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Στην πραγματικότητα, η κυτταρική μεμβράνη είναι μια μεμβράνη τριών στρωμάτων λιποπρωτεΐνης (λίπος-πρωτεΐνη) που διαχωρίζει κάθε κύτταρο από τα γειτονικά κύτταρα και το περιβάλλον και πραγματοποιεί ελεγχόμενη ανταλλαγή μεταξύ των κυττάρων και του περιβάλλοντος, αυτός είναι ο ακαδημαϊκός ορισμός του τι είναι η κυτταρική μεμβράνη είναι.

Η σημασία της μεμβράνης είναι απλά τεράστια, γιατί όχι μόνο διαχωρίζει ένα κύτταρο από το άλλο, αλλά διασφαλίζει επίσης την αλληλεπίδραση του κυττάρου τόσο με άλλα κύτταρα όσο και με το περιβάλλον.

Ιστορία της έρευνας κυτταρικής μεμβράνης

Μια σημαντική συμβολή στη μελέτη της κυτταρικής μεμβράνης έγινε από δύο Γερμανούς επιστήμονες Gorter και Grendel το 1925. Τότε κατάφεραν να πραγματοποιήσουν ένα πολύπλοκο βιολογικό πείραμα σε ερυθρά αιμοσφαίρια - ερυθροκύτταρα, κατά το οποίο οι επιστήμονες απέκτησαν τις λεγόμενες «σκιές», άδεια κελύφη ερυθροκυττάρων, τα οποία στοίβαξαν σε μία στοίβα και μέτρησαν την επιφάνεια, καθώς και υπολόγισε την ποσότητα των λιπιδίων σε αυτά. Με βάση την ποσότητα των λιπιδίων που ελήφθησαν, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι περιέχονται ακριβώς στο διπλό στρώμα της κυτταρικής μεμβράνης.

Το 1935, ένα άλλο ζευγάρι ερευνητών κυτταρικής μεμβράνης, αυτή τη φορά οι Αμερικανοί Daniel και Dawson, μετά από μια σειρά μακρών πειραμάτων, καθόρισαν την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στην κυτταρική μεμβράνη. Δεν υπήρχε άλλος τρόπος να εξηγηθεί γιατί η μεμβράνη είχε τόσο υψηλή επιφανειακή τάση. Οι επιστήμονες παρουσίασαν έξυπνα ένα μοντέλο κυτταρικής μεμβράνης σε μορφή σάντουιτς, στο οποίο τον ρόλο του ψωμιού παίζουν ομοιογενή στρώματα λιπιδίου-πρωτεΐνης και ανάμεσά τους, αντί για λάδι, υπάρχει κενό.

Το 1950, με την έλευση των ηλεκτρονικών, η θεωρία των Daniel και Dawson επιβεβαιώθηκε από πρακτικές παρατηρήσεις - σε μικρογραφίες της κυτταρικής μεμβράνης, στρώματα κεφαλών λιπιδίων και πρωτεϊνών και επίσης ο κενός χώρος μεταξύ τους ήταν σαφώς ορατές.

Το 1960, ο Αμερικανός βιολόγος J. Robertson ανέπτυξε μια θεωρία για τη δομή τριών στρωμάτων των κυτταρικών μεμβρανών, η οποία για πολύ καιρόθεωρήθηκε η μόνη αληθινή, αλλά με την περαιτέρω ανάπτυξη της επιστήμης άρχισαν να δημιουργούνται αμφιβολίες για το αλάθητο της. Έτσι, για παράδειγμα, από την άποψη, θα ήταν δύσκολο και απαιτητικό για τα κύτταρα να μεταφέρουν τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά σε ολόκληρο το "σάντουιτς"

Και μόνο το 1972, οι Αμερικανοί βιολόγοι S. Singer και G. Nicholson μπόρεσαν να εξηγήσουν τις ασυνέπειες στη θεωρία του Robertson χρησιμοποιώντας ένα νέο μοντέλο υγρού-μωσαϊκού της κυτταρικής μεμβράνης. Συγκεκριμένα, διαπίστωσαν ότι η κυτταρική μεμβράνη δεν είναι ομοιογενής ως προς τη σύνθεσή της, επιπλέον, είναι ασύμμετρη και γεμάτη υγρό. Επιπλέον, τα κύτταρα βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Και οι περιβόητες πρωτεΐνες που αποτελούν μέρος της κυτταρικής μεμβράνης έχουν διαφορετικές δομές και λειτουργίες.

Ιδιότητες και λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

Τώρα ας δούμε ποιες λειτουργίες εκτελεί η κυτταρική μεμβράνη:

Η λειτουργία φραγμού της κυτταρικής μεμβράνης είναι η μεμβράνη ως πραγματικός συνοριοφύλακας, που στέκεται φρουρός πάνω από τα όρια του κυττάρου, καθυστερώντας και μην αφήνοντας επιβλαβή ή απλά ακατάλληλα μόρια να περάσουν.

Λειτουργία μεταφοράς της κυτταρικής μεμβράνης - η μεμβράνη δεν είναι μόνο ένας συνοριοφύλακας στην πύλη του κελιού, αλλά και ένα είδος τελωνειακού σημείου ελέγχου· χρήσιμες ουσίες ανταλλάσσονται συνεχώς με άλλα κύτταρα και το περιβάλλον μέσω αυτής.

Λειτουργία μήτρας - είναι η κυτταρική μεμβράνη που καθορίζει τη θέση μεταξύ τους και ρυθμίζει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Μηχανική λειτουργία - είναι υπεύθυνη για τον περιορισμό ενός κυττάρου από το άλλο και, ταυτόχρονα, για τη σωστή σύνδεση των κυττάρων μεταξύ τους, για το σχηματισμό τους σε έναν ομοιογενή ιστό.

Η προστατευτική λειτουργία της κυτταρικής μεμβράνης είναι η βάση για την κατασκευή της προστατευτικής ασπίδας του κυττάρου. Στη φύση, ένα παράδειγμα αυτής της λειτουργίας μπορεί να είναι το σκληρό ξύλο, μια πυκνή φλούδα, ένα προστατευτικό κέλυφος, όλα λόγω της προστατευτικής λειτουργίας της μεμβράνης.

Η ενζυματική λειτουργία είναι μια άλλη σημαντική λειτουργία που εκτελείται από ορισμένες πρωτεΐνες στο κύτταρο. Για παράδειγμα, χάρη σε αυτή τη λειτουργία, η σύνθεση των πεπτικών ενζύμων συμβαίνει στο εντερικό επιθήλιο.

Επίσης, εκτός από όλα αυτά, λαμβάνει χώρα κυτταρική ανταλλαγή μέσω της κυτταρικής μεμβράνης, η οποία μπορεί να λάβει χώρα σε τρεις διαφορετικές αντιδράσεις:

• Η φαγοκυττάρωση είναι μια κυτταρική ανταλλαγή κατά την οποία τα κύτταρα φαγοκυττάρων που είναι ενσωματωμένα στη μεμβράνη συλλαμβάνουν και αφομοιώνουν διάφορα θρεπτικά συστατικά.
• Η πινοκύττωση είναι η διαδικασία σύλληψης από την κυτταρική μεμβράνη μορίων υγρού σε επαφή με αυτήν. Για να γίνει αυτό, σχηματίζονται ειδικοί έλικες στην επιφάνεια της μεμβράνης, οι οποίοι φαίνεται να περιβάλλουν μια σταγόνα υγρού, σχηματίζοντας μια φυσαλίδα, η οποία στη συνέχεια «καταπίνεται» από τη μεμβράνη.
• Η εξωκυττάρωση είναι μια αντίστροφη διαδικασία όταν ένα κύτταρο απελευθερώνει ένα εκκριτικό λειτουργικό υγρό στην επιφάνεια μέσω της μεμβράνης.

Δομή της κυτταρικής μεμβράνης

Υπάρχουν τρεις κατηγορίες λιπιδίων στην κυτταρική μεμβράνη:

• φωσφολιπίδια (τα οποία είναι ένας συνδυασμός λιπών και φωσφόρου),
• γλυκολιπίδια (συνδυασμός λιπών και υδατανθράκων),
• χοληστερίνη

Τα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια, με τη σειρά τους, αποτελούνται από μια υδρόφιλη κεφαλή, στην οποία εκτείνονται δύο μακριές υδρόφοβες ουρές. Η χοληστερόλη καταλαμβάνει το χώρο μεταξύ αυτών των ουρών, εμποδίζοντάς τις να λυγίσουν· όλα αυτά, σε ορισμένες περιπτώσεις, κάνουν τη μεμβράνη ορισμένων κυττάρων πολύ άκαμπτη. Εκτός από όλα αυτά, τα μόρια της χοληστερόλης οργανώνουν τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης.

Αλλά όπως και να έχει, το πιο σημαντικό μέρος της δομής της κυτταρικής μεμβράνης είναι η πρωτεΐνη, ή μάλλον διαφορετικές πρωτεΐνες που παίζουν διαφορετικούς σημαντικούς ρόλους. Παρά την ποικιλομορφία των πρωτεϊνών που περιέχονται στη μεμβράνη, υπάρχει κάτι που τις ενώνει - τα δακτυλιοειδή λιπίδια βρίσκονται γύρω από όλες τις πρωτεΐνες της μεμβράνης. Τα δακτυλιοειδή λιπίδια είναι ειδικά δομημένα λίπη που χρησιμεύουν ως ένα είδος προστατευτικού κελύφους για τις πρωτεΐνες, χωρίς το οποίο απλά δεν θα λειτουργούσαν.

Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης έχει τρία στρώματα: η βάση της κυτταρικής μεμβράνης είναι ένα ομοιογενές υγρό διλιπιδικό στρώμα. Οι πρωτεΐνες το καλύπτουν και από τις δύο πλευρές σαν μωσαϊκό. Είναι οι πρωτεΐνες, εκτός από τις λειτουργίες που περιγράφηκαν παραπάνω, που παίζουν επίσης το ρόλο ιδιόμορφων καναλιών μέσω των οποίων ουσίες που δεν μπορούν να διεισδύσουν μέσω του υγρού στρώματος της μεμβράνης περνούν μέσα από τη μεμβράνη. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, ιόντα καλίου και νατρίου· για τη διείσδυσή τους μέσω της μεμβράνης, η φύση παρέχει ειδικούς διαύλους ιόντων στις κυτταρικές μεμβράνες. Με άλλα λόγια, οι πρωτεΐνες εξασφαλίζουν τη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών.

Αν κοιτάξουμε την κυτταρική μεμβράνη μέσω μικροσκοπίου, θα δούμε ένα στρώμα λιπιδίων που σχηματίζεται από μικρά σφαιρικά μόρια πάνω στα οποία οι πρωτεΐνες κολυμπούν σαν στη θάλασσα. Τώρα ξέρετε ποιες ουσίες απαρτίζουν την κυτταρική μεμβράνη.

Βίντεο με κυτταρική μεμβράνη

Και τέλος, ένα εκπαιδευτικό βίντεο για την κυτταρική μεμβράνη.

Η βασική δομική μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού είναι το κύτταρο, το οποίο είναι ένα διαφοροποιημένο τμήμα του κυτταροπλάσματος που περιβάλλεται από μια κυτταρική μεμβράνη. Λόγω του γεγονότος ότι το κύτταρο εκτελεί πολλές σημαντικές λειτουργίες, όπως αναπαραγωγή, διατροφή, κίνηση, η μεμβράνη πρέπει να είναι πλαστική και πυκνή.

Ιστορία της ανακάλυψης και της έρευνας της κυτταρικής μεμβράνης

Το 1925, ο Γκρέντελ και ο Γκόρντερ διεξήγαγαν ένα επιτυχημένο πείραμα για να εντοπίσουν τις «σκιές» των ερυθρών αιμοσφαιρίων ή των κενών μεμβρανών. Παρά πολλά σοβαρά λάθη, οι επιστήμονες ανακάλυψαν τη λιπιδική διπλοστιβάδα. Το έργο τους συνεχίστηκε από τους Danielli, Dawson το 1935 και Robertson το 1960. Ως αποτέλεσμα πολλών ετών δουλειάς και συσσώρευσης επιχειρημάτων, το 1972 οι Singer και Nicholson δημιούργησαν ένα ρευστό-μωσαϊκό μοντέλο της δομής της μεμβράνης. Περαιτέρω πειράματα και μελέτες επιβεβαίωσαν τα έργα των επιστημόνων.

Εννοια

Τι είναι η κυτταρική μεμβράνη; Αυτή η λέξη άρχισε να χρησιμοποιείται πριν από περισσότερα από εκατό χρόνια, μεταφρασμένη από τα λατινικά σημαίνει "φιλμ", "δέρμα". Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ορίζεται το όριο του κυττάρου, το οποίο είναι ένα φυσικό εμπόδιο μεταξύ του εσωτερικού περιεχομένου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης συνεπάγεται ημιπερατότητα, λόγω της οποίας η υγρασία και τα θρεπτικά συστατικά και τα προϊόντα διάσπασης μπορούν να περάσουν ελεύθερα μέσα από αυτήν. Αυτό το κέλυφος μπορεί να ονομαστεί το κύριο δομικό στοιχείο της οργάνωσης των κυττάρων.

Ας εξετάσουμε τις κύριες λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

1. Διαχωρίζει τα εσωτερικά περιεχόμενα της κυψέλης και τα συστατικά του εξωτερικού περιβάλλοντος.

2. Βοηθά στη διατήρηση σταθερής χημικής σύστασης του κυττάρου.

3. Ρυθμίζει τον σωστό μεταβολισμό.

4. Παρέχει επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων.

5. Αναγνωρίζει σήματα.

6. Λειτουργία προστασίας.

"Κέλυφος πλάσματος"

Η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη, που ονομάζεται επίσης και πλασματική μεμβράνη, είναι ένα υπερμικροσκοπικό φιλμ του οποίου το πάχος κυμαίνεται από πέντε έως επτά νανοχιλιοστά. Αποτελείται κυρίως από πρωτεϊνικές ενώσεις, φωσφολίδια και νερό. Το φιλμ είναι ελαστικό, απορροφά εύκολα το νερό και αποκαθιστά γρήγορα την ακεραιότητά του μετά από ζημιά.

Έχει μια καθολική δομή. Αυτή η μεμβράνη καταλαμβάνει μια οριακή θέση, συμμετέχει στη διαδικασία επιλεκτικής διαπερατότητας, αφαίρεσης προϊόντων αποσύνθεσης και τα συνθέτει. Η σχέση με τους «γείτονές» του και η αξιόπιστη προστασία του εσωτερικού περιεχομένου από ζημιές το καθιστούν σημαντικό συστατικό σε ένα θέμα όπως η δομή του κυττάρου. Η κυτταρική μεμβράνη των ζωικών οργανισμών μερικές φορές καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα - τον γλυκοκάλυκα, ο οποίος περιλαμβάνει πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Τα φυτικά κύτταρα έξω από τη μεμβράνη προστατεύονται από ένα κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο χρησιμεύει ως στήριγμα και διατηρεί το σχήμα. Το κύριο συστατικό της σύνθεσής του είναι η ίνα (κυτταρίνη) - ένας πολυσακχαρίτης που είναι αδιάλυτος στο νερό.

Έτσι, η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη έχει τη λειτουργία επισκευής, προστασίας και αλληλεπίδρασης με άλλα κύτταρα.

Δομή της κυτταρικής μεμβράνης

Το πάχος αυτού του κινητού κελύφους κυμαίνεται από έξι έως δέκα νανομιλιόμετρα. Η κυτταρική μεμβράνη ενός κυττάρου έχει μια ειδική σύνθεση, η βάση της οποίας είναι μια λιπιδική διπλοστιβάδα. Οι υδρόφοβες ουρές, αδρανείς στο νερό, βρίσκονται στο εσωτερικό, ενώ οι υδρόφιλες κεφαλές, που αλληλεπιδρούν με το νερό, βλέπουν προς τα έξω. Κάθε λιπίδιο είναι ένα φωσφολιπίδιο, το οποίο είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ουσιών όπως η γλυκερίνη και η σφιγγοσίνη. Το λιπιδικό πλαίσιο περιβάλλεται στενά από πρωτεΐνες, οι οποίες είναι διατεταγμένες σε ένα μη συνεχές στρώμα. Μερικά από αυτά βυθίζονται στο λιπιδικό στρώμα, τα υπόλοιπα περνούν μέσα από αυτό. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται περιοχές διαπερατές από το νερό. Οι λειτουργίες που εκτελούνται από αυτές τις πρωτεΐνες είναι διαφορετικές. Κάποια από αυτά είναι ένζυμα, τα υπόλοιπα είναι πρωτεΐνες μεταφοράς που μεταφέρουν διάφορες ουσίες από το εξωτερικό περιβάλλον στο κυτταρόπλασμα και πίσω.

Η κυτταρική μεμβράνη διαπερνάται και συνδέεται στενά από ενσωματωμένες πρωτεΐνες και η σύνδεση με τις περιφερειακές είναι λιγότερο ισχυρή. Αυτές οι πρωτεΐνες εκτελούν μια σημαντική λειτουργία, η οποία είναι να διατηρούν τη δομή της μεμβράνης, να λαμβάνουν και να μετατρέπουν σήματα από το περιβάλλον, να μεταφέρουν ουσίες και να καταλύουν αντιδράσεις που συμβαίνουν στις μεμβράνες.

Χημική ένωση

Η βάση της κυτταρικής μεμβράνης είναι ένα διμοριακό στρώμα. Χάρη στη συνέχειά του, το στοιχείο έχει φραγμούς και μηχανικές ιδιότητες. Σε διαφορετικά στάδια της ζωής, αυτή η διπλή στιβάδα μπορεί να διαταραχθεί. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δομικά ελαττώματα διαμέσου υδρόφιλων πόρων. Σε αυτή την περίπτωση, απολύτως όλες οι λειτουργίες ενός τέτοιου συστατικού όπως η κυτταρική μεμβράνη μπορούν να αλλάξουν. Ο πυρήνας μπορεί να υποφέρει από εξωτερικές επιρροές.

Ιδιότητες

Η κυτταρική μεμβράνη ενός κυττάρου έχει ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά. Λόγω της ρευστότητάς της, αυτή η μεμβράνη δεν είναι άκαμπτη δομή και ο κύριος όγκος των πρωτεϊνών και των λιπιδίων που την αποτελούν κινείται ελεύθερα στο επίπεδο της μεμβράνης.

Γενικά, η κυτταρική μεμβράνη είναι ασύμμετρη, επομένως η σύνθεση των πρωτεϊνικών και λιπιδικών στοιβάδων διαφέρει. Οι πλασματικές μεμβράνες σε ζωικά κύτταρα, στην εξωτερική τους πλευρά, έχουν ένα στρώμα γλυκοπρωτεΐνης που εκτελεί λειτουργίες υποδοχέα και σηματοδότησης και επίσης παίζει μεγάλο ρόλο στη διαδικασία συνδυασμού των κυττάρων σε ιστό. Η κυτταρική μεμβράνη είναι πολική, δηλαδή το φορτίο στο εξωτερικό είναι θετικό και το φορτίο στο εσωτερικό είναι αρνητικό. Εκτός από όλα τα παραπάνω, η κυτταρική μεμβράνη έχει επιλεκτική διορατικότητα.

Αυτό σημαίνει ότι, εκτός από το νερό, μόνο μια συγκεκριμένη ομάδα μορίων και ιόντων διαλυμένων ουσιών επιτρέπεται να εισέλθει στο κύτταρο. Η συγκέντρωση μιας ουσίας όπως το νάτριο στα περισσότερα κύτταρα είναι πολύ χαμηλότερη από ό,τι σε εξωτερικό περιβάλλον. Τα ιόντα καλίου έχουν διαφορετική αναλογία: η ποσότητα τους στο κύτταρο είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στο περιβάλλον. Από αυτή την άποψη, τα ιόντα νατρίου τείνουν να διεισδύουν στην κυτταρική μεμβράνη και τα ιόντα καλίου τείνουν να απελευθερώνονται έξω. Υπό αυτές τις συνθήκες, η μεμβράνη ενεργοποιείται ειδικό σύστημα, το οποίο εκτελεί ρόλο «άντλησης», εξισορροπώντας τη συγκέντρωση των ουσιών: ιόντα νατρίου αντλούνται στην επιφάνεια του κυττάρου και ιόντα καλίου αντλούνται μέσα. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι μια από τις πιο σημαντικές λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης.

Αυτή η τάση των ιόντων νατρίου και καλίου να κινούνται προς τα μέσα από την επιφάνεια παίζει μεγάλο ρόλο στη μεταφορά του σακχάρου και των αμινοξέων στο κύτταρο. Στη διαδικασία ενεργητικής απομάκρυνσης των ιόντων νατρίου από το κύτταρο, η μεμβράνη δημιουργεί συνθήκες για νέες προσλήψεις γλυκόζης και αμινοξέων στο εσωτερικό. Αντίθετα, στη διαδικασία μεταφοράς ιόντων καλίου στο κύτταρο, αναπληρώνεται ο αριθμός των «μεταφορέων» των προϊόντων αποσύνθεσης από το εσωτερικό του κυττάρου προς το εξωτερικό περιβάλλον.

Πώς γίνεται η κυτταρική διατροφή μέσω της κυτταρικής μεμβράνης;

Πολλά κύτταρα προσλαμβάνουν ουσίες μέσω διεργασιών όπως η φαγοκυττάρωση και η πινοκυττάρωση. Με την πρώτη επιλογή του ευέλικτου εξωτερική μεμβράνηδημιουργείται μια μικρή κοιλότητα στην οποία καταλήγει το δεσμευμένο σωματίδιο. Η διάμετρος της εσοχής στη συνέχεια γίνεται μεγαλύτερη έως ότου το κλειστό σωματίδιο εισέλθει στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Μέσω της φαγοκυττάρωσης τρέφονται ορισμένα πρωτόζωα, όπως οι αμοιβάδες, καθώς και τα αιμοσφαίρια - λευκοκύτταρα και φαγοκύτταρα. Ομοίως, τα κύτταρα απορροφούν υγρό, το οποίο περιέχει τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πινοκύττωση.

Η εξωτερική μεμβράνη είναι στενά συνδεδεμένη με το ενδοπλασματικό δίκτυο του κυττάρου.

Πολλοί τύποι κύριων συστατικών του ιστού έχουν προεξοχές, πτυχές και μικρολάχνες στην επιφάνεια της μεμβράνης. Τα φυτικά κύτταρα στο εξωτερικό αυτού του κελύφους καλύπτονται με ένα άλλο, παχύ και σαφώς ορατό στο μικροσκόπιο. Η ίνα από την οποία αποτελούνται βοηθάει στο σχηματισμό υποστήριξης ιστών φυτικής προέλευσης, για παράδειγμα, ξύλο. Τα ζωικά κύτταρα έχουν επίσης μια σειρά από εξωτερικές δομές που βρίσκονται στην κορυφή της κυτταρικής μεμβράνης. Έχουν αποκλειστικά προστατευτικό χαρακτήρα, ένα παράδειγμα αυτού είναι η χιτίνη που περιέχεται στα κύτταρα του περιβλήματος των εντόμων.

Εκτός από την κυτταρική μεμβράνη, υπάρχει και μια ενδοκυτταρική μεμβράνη. Η λειτουργία του είναι να διαιρεί το κύτταρο σε πολλά εξειδικευμένα κλειστά διαμερίσματα - διαμερίσματα ή οργανίδια, όπου πρέπει να διατηρείται ένα συγκεκριμένο περιβάλλον.

Έτσι, είναι αδύνατο να υπερεκτιμηθεί ο ρόλος ενός τέτοιου συστατικού της βασικής μονάδας ενός ζωντανού οργανισμού όπως η κυτταρική μεμβράνη. Η δομή και οι λειτουργίες υποδηλώνουν σημαντική επέκταση της συνολικής επιφάνειας των κυττάρων, βελτίωση μεταβολικές διεργασίες. Αυτή η μοριακή δομή αποτελείται από πρωτεΐνες και λιπίδια. Διαχωρίζοντας το κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον, η μεμβράνη διασφαλίζει την ακεραιότητά του. Με τη βοήθειά του, οι διακυτταρικές συνδέσεις διατηρούνται σε αρκετά ισχυρό επίπεδο, σχηματίζοντας ιστούς. Από αυτή την άποψη, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η κυτταρική μεμβράνη παίζει έναν από τους πιο σημαντικούς ρόλους στο κύτταρο. Η δομή και οι λειτουργίες που εκτελεί διαφέρουν ριζικά σε διαφορετικά κύτταρα, ανάλογα με τον σκοπό τους. Μέσω αυτών των χαρακτηριστικών, επιτυγχάνεται μια ποικιλία φυσιολογικών δραστηριοτήτων των κυτταρικών μεμβρανών και ο ρόλος τους στην ύπαρξη κυττάρων και ιστών.

Κυτόπλασμα- ένα υποχρεωτικό τμήμα του κυττάρου, που περικλείεται μεταξύ της πλασματικής μεμβράνης και του πυρήνα. χωρίζεται σε υαλόπλασμα (η κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος), οργανίδια (μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος) και εγκλείσματα (προσωρινά συστατικά του κυτταροπλάσματος). Χημική σύνθεση του κυτταροπλάσματος: η βάση είναι το νερό (60-90% της συνολικής μάζας του κυτταροπλάσματος), διάφορες οργανικές και ανόργανες ενώσεις. Το κυτταρόπλασμα έχει αλκαλική αντίδραση. χαρακτηριστικόκυτταρόπλασμα ευκαρυωτικού κυττάρου - 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 με το να βρίσκεται σε συνεχή κίνηση μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες του.

Υαλόπλασμα ( κυτοσόλιο) είναι ένα άχρωμο, γλοιώδες, παχύρρευστο και διαφανές κολλοειδές διάλυμα. Σε αυτό λαμβάνουν χώρα όλες οι μεταβολικές διεργασίες, εξασφαλίζει 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- παχύτερο υαλόπλασμα. Είναι δυνατές αμοιβαίες μεταβάσεις μεταξύ τους: η γέλη μετατρέπεται σε sol και αντίστροφα.

Λειτουργίες του κυτταροπλάσματος:

1. συνδυάζοντας όλα τα στοιχεία των κυττάρων σε ένα ενιαίο σύστημα,
2. περιβάλλον για τη διέλευση πολλών βιοχημικών και φυσιολογικών διεργασιών,
3. περιβάλλον για την ύπαρξη και τη λειτουργία των οργανιδίων.

Κυτταρικές μεμβράνες

Κυτταρικές μεμβράνεςπεριορίζουν τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Σε κάθε κυτταρική μεμβράνη, διακρίνονται τουλάχιστον δύο στρώματα. 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 κοινά δομικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες. Αυτή τη στιγμή είναι γενικά αποδεκτό ρευστό μωσαϊκό μοντέλο δομής 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 φωσφορικού οξέος. το τμήμα του μορίου που περιέχει το υπόλειμμα φωσφορικού οξέος ονομάζεται υδρόφιλη κεφαλή, τα τμήματα που περιέχουν 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.). Υπάρχουν: 1) περιφερικές πρωτεΐνες(βρίσκεται στην εξωτερική ή εσωτερική επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστοιβάδας), 2) ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες(βυθισμένο στη διπλοστοιβάδα λιπιδίων σε διάφορα βάθη), 3) ενσωματωμένες ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες(τρυπήστε τη μεμβράνη μέσα, έρχονται σε επαφή τόσο με το εξωτερικό όσο και με το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου). Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες ονομάζονται σε ορισμένες περιπτώσεις πρωτεΐνες σχηματισμού καναλιών ή καναλιών, 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 φωσφολιπιδίου. Β - υδρόφοβες ουρές φωσφολιπιδίου. 1 - υδρόφοβες περιοχές των πρωτεϊνών Ε και F. 2 — υδρόφιλες περιοχές της πρωτεΐνης F. 3 - 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). Οι υδατάνθρακες εντοπίζονται κυρίως στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Οι υδατάνθρακες παρέχουν λειτουργίες υποδοχέα της μεμβράνης. Στα ζωικά κύτταρα, οι γλυκοπρωτεΐνες σχηματίζουν ένα υπερμεμβρανικό σύμπλεγμα, τον γλυκοκάλυκα, που έχει πάχος αρκετές δεκάδες νανόμετρα. Περιέχει πολλούς κυτταρικούς υποδοχείς και 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 των μεμβρανών

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. τόπος εντοπισμού «ενζυματικών μεταφορέων»,
5. διασφάλιση της 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, διασφαλίζοντας την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η διαδικασία των ουσιών που διέρχονται από την κυτταρική μεμβράνη ονομάζεται μεταφορά ουσιών. Υπάρχουν: 1) παθητική μεταφορά- τη διαδικασία διέλευσης ουσιών χωρίς κατανάλωση ενέργειας. 2) ενεργή μεταφορά- η διαδικασία διέλευσης ουσιών που συμβαίνει με τη δαπάνη ενέργειας.

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

Μπορείτε να επιλέξετε τους παρακάτω τύπουςπαθητική μεταφορά: 1) απλή διάχυση— μεταφορά ουσιών απευθείας μέσω της λιπιδικής διπλής στοιβάδας (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). 4) ώσμωση— μεταφορά μορίων νερού (σε όλα τα βιολογικά συστήματα ο διαλύτης είναι το νερό).

Ανάγκη ενεργή μεταφοράεμφανίζεται όταν είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η μεταφορά μορίων μέσω μιας μεμβράνης έναντι μιας 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.

Λειτουργία αντλίας Na + /K +. 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 + αντισταθμίζει την εξίσωση των συγκεντρώσεων αυτών των ιόντων και αντλεί ενεργά Na + έξω από το κύτταρο και το K + μέσα στο κύτταρο. Η αντλία Na + /K + είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη ικανή για διαμορφωτικές αλλαγές, ως αποτέλεσμα των οποίων μπορεί να προσκολλήσει τόσο K + όσο και Na +. Ο κύκλος αντλίας Na + /K + μπορεί να χωριστεί στις ακόλουθες φάσεις: 1) προσθήκη Na + από το εσωτερικό της μεμβράνης, 2) φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης της αντλίας, 3) απελευθέρωση Na + στον εξωκυτταρικό χώρο, 4) προσθήκη Κ+ από το εξωτερικό της μεμβράνης, 5) αποφωσφορυλίωση της πρωτεΐνης της αντλίας, 6) απελευθέρωση Κ+ στον ενδοκυτταρικό χώρο. Σχεδόν το ένα τρίτο της ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία των κυττάρων δαπανάται για τη λειτουργία της αντλίας νατρίου-καλίου. Σε έναν κύκλο λειτουργίας, η αντλία αντλεί 3Na + από την κυψέλη και αντλεί σε 2K +.

Ενδοκυττάρωση- η διαδικασία απορρόφησης μεγάλων σωματιδίων και μακρομορίων από το κύτταρο. Υπάρχουν δύο τύποι ενδοκυττάρωσης: 1) φαγοκυττάρωση- σύλληψη και απορρόφηση μεγάλων σωματιδίων (κύτταρα, μέρη κυττάρων, 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, οι άκρες 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. Η πινοκύττωση παρατηρείται στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου και στο ενδοθήλιο των τριχοειδών αγγείων του αίματος.

Εξωκυττάρωση- μια διαδικασία αντίστροφη από την ενδοκυττάρωση: 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, οι ορμόνες απομακρύνονται από τα κύτταρα των ενδοκρινών αδένων· στα πρωτόζωα, αφαιρούνται τα υπολείμματα τροφής που δεν έχουν υποστεί πέψη.

Παω σε διαλέξεις Νο 5«Θεωρία των κυττάρων. Τύποι κυτταρικής οργάνωσης"

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

Κυτταρική μεμβράνη

Εικόνα κυτταρικής μεμβράνης. Οι 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 ωοειδείς κουκκίδες μέσα στη μεμβράνη - μόρια χοληστερόλης Κιτρινοπράσινες αλυσίδες σφαιριδίων στο εξωτερικό της μεμβράνης - αλυσίδες ολιγοσακχαριτών που σχηματίζουν τον γλυκοκάλυκα

Μια 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 στο εξωτερικό ή δίπλα σε εσωτερικές πλευρέςμεμβράνες). Ορισμένες πρωτεΐνες είναι τα σημεία επαφής μεταξύ της κυτταρικής μεμβράνης και του κυτταροσκελετού μέσα στο κύτταρο και του κυτταρικού τοιχώματος (αν υπάρχει) έξω. Μερικές από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες λειτουργούν ως δίαυλοι ιόντων, διάφοροι μεταφορείς και υποδοχείς.

Λειτουργίες

• εμπόδιο - εξασφαλίζει ρυθμισμένο, επιλεκτικό, παθητικό και ενεργό μεταβολισμό με το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η μεμβράνη υπεροξισώματος προστατεύει το κυτταρόπλασμα από υπεροξείδια που είναι επικίνδυνα για το κύτταρο. Επιλεκτική διαπερατότητα σημαίνει ότι η διαπερατότητα της μεμβράνης σε διαφορετικά άτομα ή μόρια εξαρτάται από το μέγεθός τους, το ηλεκτρικό τους φορτίο και Χημικές ιδιότητες. Η επιλεκτική διαπερατότητα διασφαλίζει ότι τα κυτταρικά και κυτταρικά διαμερίσματα είναι διαχωρισμένα από το περιβάλλον και εφοδιάζονται με τις απαραίτητες ουσίες.
• μεταφορά - η μεταφορά ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο γίνεται μέσω της μεμβράνης. Η μεταφορά μέσω μεμβρανών εξασφαλίζει: παράδοση ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες, απομάκρυνση τελικών προϊόντων του μεταβολισμού, έκκριση διαφόρων ουσιών, δημιουργία βαθμίδων ιόντων, διατήρηση βέλτιστων συγκεντρώσεων ιόντων στο κύτταρο που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία των κυτταρικών ενζύμων.
  Σωματίδια που για οποιοδήποτε λόγο δεν μπορούν να διασχίσουν τη διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων (για παράδειγμα, λόγω υδρόφιλων ιδιοτήτων, αφού η μεμβράνη στο εσωτερικό είναι υδρόφοβη και δεν επιτρέπει τη διέλευση υδρόφιλων ουσιών ή λόγω του μεγάλου μεγέθους τους), αλλά απαραίτητα 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 διπλοστιβάδα χωρίς να ξοδεύουν ενέργεια κατά μήκος μιας 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 - εξασφαλίζει 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 διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της μηχανικής λειτουργίας, και στα ζώα, η 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 τη βοήθεια των οποίων 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. νευροδιαβιβαστές ( ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ, εξασφαλίζοντας την αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων) δεσμεύονται επίσης σε ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα των κυττάρων-στόχων.
• 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 εξασφαλίζει τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού στη μεμβράνη και τη δημιουργία νευρικής ώθησης.
• 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 συνδεδεμένες σε αυτές) που παίζουν το ρόλο των «κεριών». Λόγω των μυριάδων διαμορφώσεων των πλευρικών αλυσίδων, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας συγκεκριμένος δείκτης για κάθε τύπο κυττάρου. Με τη βοήθεια δεικτών, τα κύτταρα μπορούν να αναγνωρίσουν άλλα κύτταρα και να ενεργήσουν σε συνεννόηση με αυτά, για παράδειγμα, στο σχηματισμό οργάνων και ιστών. Αυτό 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) αποτελούνται από δύο μακριές υδρόφοβες ουρές υδρογονάνθρακα που συνδέονται με μια φορτισμένη υδρόφιλη κεφαλή. Η χοληστερόλη δίνει στη μεμβράνη ακαμψία καταλαμβάνοντας τον ελεύθερο χώρο μεταξύ των υδρόφοβων ουρών των λιπιδίων και εμποδίζοντάς τα να λυγίσουν. Επομένως, οι μεμβράνες με χαμηλή περιεκτικότητα σε χοληστερόλη είναι πιο εύκαμπτες και 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 το κύτταρο και μέσα στο κύτταρο. Ένα σημαντικό μέρος της μεμβράνης αποτελείται από πρωτεΐνες που τη διαπερνούν και είναι υπεύθυνες για τις διάφορες ιδιότητες των μεμβρανών. Η σύνθεση και ο προσανατολισμός τους διαφέρουν σε διαφορετικές μεμβράνες.

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 διπλές 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 επιλεκτική διαπερατότητα: γλυκόζη, αμινοξέα, λιπαρά οξέα, γλυκερίνη και ιόντα διαχέονται αργά μέσα από αυτές και οι ίδιες οι μεμβράνες, σε κάποιο βαθμό, ρυθμίζουν ενεργά αυτήν τη διαδικασία - ορισμένες ουσίες περνούν, αλλά 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 ενεργειακή δαπάνη. 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 κατευθείαν, σχηματίζοντας ένα είδος διόδου. Τα στοιχεία K, Na και Cl έχουν τα δικά τους κανάλια. Σε σχέση με τη βαθμίδα συγκέντρωσης, τα μόρια αυτών των στοιχείων κινούνται μέσα και έξω από το κύτταρο. Όταν ερεθίζονται, τα κανάλια ιόντων νατρίου ανοίγουν και εμφανίζεται μια ξαφνική εισροή ιόντων νατρίου στο κύτταρο. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια ανισορροπία του δυναμικού της μεμβράνης. Μετά από αυτό αποκαθίσταται το δυναμικό της μεμβράνης. Τα κανάλια καλίου είναι πάντα ανοιχτά, επιτρέποντας στα ιόντα καλίου να εισέλθουν αργά στο κύτταρο.

δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V.Λιπιδικές μεμβράνες κατά τη μετάβαση φάσης. - Μ.: Επιστήμη, 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 βιολογικές μεμβράνες. - Μ.: Nauka, 1982.
• Ρούμπιν Α. Μπ.Βιοφυσική, σχολικό βιβλίο σε 2 τόμους. - 3η έκδοση, διορθώθηκε και επεκτάθηκε. - Μ.: Εκδοτικός Οίκος του Πανεπιστημίου της Μόσχας, 2004. -

Το εξωτερικό του κυττάρου καλύπτεται με μια πλασματική μεμβράνη (ή εξωτερική κυτταρική μεμβράνη) πάχους περίπου 6-10 nm.

Η κυτταρική μεμβράνη είναι ένα πυκνό φιλμ πρωτεϊνών και λιπιδίων (κυρίως φωσφολιπιδίων). Τα μόρια λιπιδίων είναι διατεταγμένα με τάξη - κάθετα προς την επιφάνεια, σε δύο στρώματα, έτσι ώστε τα μέρη τους που αλληλεπιδρούν εντατικά με το νερό (υδρόφιλα) να κατευθύνονται προς τα έξω και τα μέρη τους που είναι αδρανή στο νερό (υδρόφοβα) να κατευθύνονται προς τα μέσα.

Τα μόρια πρωτεΐνης βρίσκονται σε ένα μη συνεχές στρώμα στην επιφάνεια του λιπιδικού πλαισίου και στις δύο πλευρές. Μερικά από αυτά βυθίζονται στο λιπιδικό στρώμα, και μερικά περνούν μέσα από αυτό, σχηματίζοντας περιοχές διαπερατές στο νερό. Αυτές οι πρωτεΐνες αποδίδουν διάφορες λειτουργίες- μερικά από αυτά είναι ένζυμα, άλλα είναι πρωτεΐνες μεταφοράς που εμπλέκονται στη μεταφορά ορισμένων ουσιών από το περιβάλλον στο κυτταρόπλασμα και προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Βασικές λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

Μία από τις κύριες ιδιότητες των βιολογικών μεμβρανών είναι η επιλεκτική διαπερατότητα (ημιπερατότητα)- κάποιες ουσίες περνούν από αυτά με δυσκολία, άλλες εύκολα και μάλιστα προς υψηλότερες συγκεντρώσεις.Έτσι, για τα περισσότερα κύτταρα, η συγκέντρωση ιόντων Na στο εσωτερικό τους είναι σημαντικά χαμηλότερη από ό,τι στο περιβάλλον. Η αντίθετη σχέση είναι χαρακτηριστική για τα ιόντα Κ: η συγκέντρωσή τους μέσα στο κύτταρο είναι υψηλότερη από ό,τι έξω. Επομένως, τα ιόντα Na έχουν πάντα την τάση να διεισδύουν στο κύτταρο και τα ιόντα Κ τείνουν πάντα να εξέρχονται. Η εξίσωση των συγκεντρώσεων αυτών των ιόντων εμποδίζεται από την παρουσία στη μεμβράνη ενός ειδικού συστήματος που παίζει το ρόλο μιας αντλίας, η οποία αντλεί ιόντα Na από το κύτταρο και ταυτόχρονα αντλεί ιόντα Κ μέσα.

Η τάση των ιόντων Na να μετακινούνται από έξω προς τα μέσα χρησιμοποιείται για τη μεταφορά σακχάρων και αμινοξέων στο κύτταρο. Με την ενεργό απομάκρυνση των ιόντων Na από το κύτταρο δημιουργούνται συνθήκες για την είσοδο γλυκόζης και αμινοξέων σε αυτό.

Σε πολλά κύτταρα, οι ουσίες απορροφώνται επίσης από τη φαγοκυττάρωση και την πινοκυττάρωση. Στο φαγοκυττάρωσηη εύκαμπτη εξωτερική μεμβράνη σχηματίζει μια μικρή κοιλότητα στην οποία πέφτει το δεσμευμένο σωματίδιο. Αυτή η εσοχή αυξάνεται και, περιτριγυρισμένο από ένα τμήμα της εξωτερικής μεμβράνης, το σωματίδιο βυθίζεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Το φαινόμενο της φαγοκυττάρωσης είναι χαρακτηριστικό των αμοιβάδων και ορισμένων άλλων πρωτόζωων, καθώς και των λευκοκυττάρων (φαγοκυττάρων). Τα κύτταρα απορροφούν υγρά που περιέχουν ουσίες απαραίτητες για το κύτταρο με παρόμοιο τρόπο. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε πινοκυττάρωση.

Οι εξωτερικές μεμβράνες διαφορετικών κυττάρων διαφέρουν σημαντικά και στα δύο χημική σύνθεσητις πρωτεΐνες και τα λιπίδια τους και από τη σχετική περιεκτικότητά τους. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι που καθορίζουν την ποικιλομορφία στη φυσιολογική δραστηριότητα των μεμβρανών των διαφόρων κυττάρων και τον ρόλο τους στη ζωή των κυττάρων και των ιστών.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο του κυττάρου συνδέεται με την εξωτερική μεμβράνη. Με τη βοήθεια εξωτερικών μεμβρανών πραγματοποιούνται διάφοροι τύποι μεσοκυττάριων επαφών, δηλ. επικοινωνία μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων.

Πολλοί τύποι κυττάρων χαρακτηρίζονται από την παρουσία στην επιφάνειά τους μεγάλη ποσότηταπροεξοχές, πτυχώσεις, μικρολάχνες. Συμβάλλουν τόσο σε σημαντική αύξηση της κυτταρικής επιφάνειας και σε βελτιωμένο μεταβολισμό, καθώς και σε ισχυρότερες συνδέσεις μεταξύ των μεμονωμένων κυττάρων μεταξύ τους.

Τα φυτικά κύτταρα έχουν παχιές μεμβράνες στο εξωτερικό της κυτταρικής μεμβράνης, ευδιάκριτα ορατές κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο, που αποτελούνται από ίνα (κυτταρίνη). Δημιουργούν ισχυρό στήριγμα για τους φυτικούς ιστούς (ξύλο).

Ορισμένα ζωικά κύτταρα έχουν επίσης έναν αριθμό εξωτερικών δομών που βρίσκονται στην κορυφή της κυτταρικής μεμβράνης και έχουν προστατευτική φύση. Ένα παράδειγμα είναι η χιτίνη των κυττάρων του περιβλήματος των εντόμων.

Λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης (συνοπτικά)