Εικόνα κυτταρική μεμβράνη. Οι μικρές μπλε και λευκές μπάλες αντιστοιχούν στις υδρόφιλες κεφαλές των λιπιδίων και οι γραμμές που συνδέονται σε αυτές αντιστοιχούν στις υδρόφοβες 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 βιομεμβρανών

• φραγμός - εξασφαλίζει ρυθμισμένο, επιλεκτικό, παθητικό και ενεργό μεταβολισμό με 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: παροχή θρεπτικών ουσιών, απομάκρυνση τελικών προϊόντων του μεταβολισμού, έκκριση διαφόρων ουσιών, δημιουργία βαθμίδων ιόντων, διατήρηση του κατάλληλου pH και συγκέντρωσης ιόντων στο κύτταρο, που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των κυτταρικών ενζύμων.

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 του μεγάλου μεγέθους τους), αλλά απαραίτητα για κύτταρο, μπορεί να διεισδύσει στη μεμβράνη μέσω ειδικών πρωτεϊνών-φορέων (μεταφορέων) και πρωτεϊνών καναλιού ή με ενδοκυττάρωση.

Κατά τη διάρκεια της παθητικής μεταφοράς, οι ουσίες διασχίζουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα χωρίς κατανάλωση ενέργειας, 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. Οι νευροδιαβιβαστές (χημικές ουσίες που εξασφαλίζουν την αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων) συνδέονται επίσης με ειδικές 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 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. Το εξωτερικό του κυττάρου οριοθετείται από τη λεγόμενη πλασματική μεμβράνη. 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 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 μέσω, 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.

Συνδέσεις

• Bruce Alberts, et al.Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου. - 5η έκδ. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - εγχειρίδιο μοριακής βιολογίας στα αγγλικά. Γλώσσα

• Rubin A.B.Βιοφυσική, σχολικό βιβλίο σε 2 τόμους. . - 3η έκδοση, διορθώθηκε και επεκτάθηκε. - Moscow: Moscow University Publishing House, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R.Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργίες: μετάφραση από τα αγγλικά. = Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργία (του Robert B. Gennis). - 1η έκδοση. - Μόσχα: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Berestovsky T.N.Λιπιδική διπλοστιβάδα βιολογικών μεμβρανών. - Μόσχα: Επιστήμη, 1982.

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V.Λιπιδικές μεμβράνες κατά τη μετάβαση φάσης. - Μόσχα: Επιστήμη, 1994.

δείτε επίσης

• Vladimirov Yu. A., Βλάβη σε συστατικά των βιολογικών μεμβρανών κατά τη διάρκεια παθολογικών διεργασιών

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

Εξωτερική κυτταρική μεμβράνη (πλασμάλημμα, κυτταρόλημμα, πλασματική μεμβράνη) ζωικών κυττάρωνκαλυμμένο εξωτερικά (δηλαδή στην πλευρά που δεν έρχεται σε επαφή με το κυτταρόπλασμα) με ένα στρώμα αλυσίδων ολιγοσακχαριτών ομοιοπολικά συνδεδεμένες με πρωτεΐνες μεμβράνης (γλυκοπρωτεΐνες) και σε μικρότερο βαθμό με λιπίδια (γλυκολιπίδια). Αυτή η επίστρωση μεμβράνης υδατανθράκων 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 κύτταραΣτην κορυφή της εξωτερικής κυτταρικής μεμβράνης υπάρχει ένα πυκνό στρώμα κυτταρίνης με πόρους, μέσω του οποίου η επικοινωνία μεταξύ των γειτονικών κυττάρων γίνεται μέσω κυτταροπλασματικών γεφυρών.

Σε κύτταρα μανιτάριαπάνω από το plasmalemma - ένα πυκνό στρώμα χιτίνη.

U βακτήρια – μουρέινα.

Ιδιότητες βιολογικών μεμβρανών

1. Ικανότητα αυτοσυναρμολόγησηςμετά από καταστροφικές επιρροές. Αυτή η ιδιότητα καθορίζεται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των μορίων φωσφολιπιδίου, τα οποία σε ένα υδατικό διάλυμα ενώνονται έτσι ώστε τα υδρόφιλα άκρα των μορίων να ξεδιπλώνονται προς τα έξω και τα υδρόφοβα άκρα προς τα μέσα. Οι πρωτεΐνες μπορούν να ενσωματωθούν σε έτοιμα φωσφολιπιδικά στρώματα. Η ικανότητα αυτοσυναρμολόγησης είναι σημαντική σε κυτταρικό επίπεδο.

2. Ημιπερατό(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 δονήσεων των μορίων λιπιδίων και πρωτεϊνών. Αυτό εξασφαλίζει υψηλότερο ρυθμό ενζυματικών και άλλων χημικών διεργασιών στις μεμβράνες.

4. Τα θραύσματα της μεμβράνης δεν έχουν ελεύθερα άκρα, καθώς κλείνουν 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 η πλασματική μεμβράνη περιορίζει το περιεχόμενο του κυττάρου, διαχωρίζοντάς το από το εξωτερικό περιβάλλον και οι ενδοκυτταρικές μεμβράνες διαιρούν το κυτταρόπλασμα σε ξεχωριστά κύτταρα αντίδρασης. διαμερίσματα.

2. Λειτουργία υποδοχέα.Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του πλασμαλήμματος είναι να διασφαλίζει την επικοινωνία (σύνδεση) του κυττάρου με εξωτερικό περιβάλλονμέσω της συσκευής υποδοχέα που υπάρχει στις μεμβράνες, η οποία είναι πρωτεϊνικής ή γλυκοπρωτεϊνικής φύσης. Η κύρια λειτουργία των σχηματισμών υποδοχέων του πλάσματος είναι η αναγνώριση εξωτερικών σημάτων, χάρη στα οποία τα κύτταρα προσανατολίζονται σωστά και σχηματίζουν ιστούς κατά τη διαδικασία της διαφοροποίησης. Η λειτουργία του υποδοχέα συνδέεται με τη δραστηριότητα διαφόρων ρυθμιστικών συστημάτων, καθώς και με το σχηματισμό ανοσοαπόκρισης.

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 περιβάλλοντος, τη θερμοκρασία, την πίεση και τη συγκέντρωση τόσο του υποστρώματος όσο και του ίδιου του ενζύμου. Τα ένζυμα καθορίζουν την ένταση των βασικών αντιδράσεων μεταβολισμού, καθώς και αυτώνκατεύθυνση.

Λειτουργία μεταφοράς μεμβρανών.Η μεμβράνη επιτρέπει την επιλεκτική διείσδυση διαφόρων χημικών ουσιών στο κύτταρο και έξω από το κύτταρο στο περιβάλλον. Η μεταφορά ουσιών είναι απαραίτητη για τη διατήρηση του κατάλληλου pH και της σωστής ιοντικής συγκέντρωσης στο κύτταρο, η οποία εξασφαλίζει την αποτελεσματικότητα των κυτταρικών ενζύμων. Προμήθειες μεταφοράς ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες, που χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας, καθώς και ως υλικό για το σχηματισμό διαφόρων κυτταρικών συστατικών. Η απομάκρυνση των τοξικών αποβλήτων από το κύτταρο, η έκκριση διαφόρων χρήσιμων ουσιών και η δημιουργία βαθμίδων ιόντων απαραίτητων για τη νευρική και μυϊκή δραστηριότητα εξαρτώνται από αυτό.Οι αλλαγές στον ρυθμό μεταφοράς ουσιών μπορεί να οδηγήσουν σε διαταραχές στις βιοενεργειακές διεργασίες, νερό-αλάτι μεταβολισμό, διεγερσιμότητα και άλλες διεργασίες. Η διόρθωση αυτών των αλλαγών αποτελεί τη βάση της δράσης πολλών φαρμάκων.

Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για να εισέλθουν ουσίες στο κύτταρο και να εξέλθουν από το κύτταρο στο εξωτερικό περιβάλλον.

παθητική μεταφορά,

ενεργή μεταφορά.

Παθητική μεταφοράακολουθεί μια χημική ή ηλεκτροχημική κλίση συγκέντρωσης χωρίς τη δαπάνη ενέργειας ΑΤΡ. 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 αποτελούν την ηλεκτροχημική βαθμίδα. 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 επιλεκτικών καναλιών. Αυτά τα κανάλια σχηματίζονται από ορισμένες διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν μονοπάτια μεταφοράς από άκρο σε άκρο που είναι ανοιχτά μόνιμα ή μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Διεισδύστε μέσω επιλεκτικών καναλιών διάφορα μόρια, έχοντας το μέγεθος και τη χρέωση 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 να διαχέονται ελεύθερα και όσο μικρότερο είναι το μόριο, τόσο πιο γρήγορα μεταφέρεται. Ο αρκετά υψηλός ρυθμός διάχυσης του νερού μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας εξηγείται ακριβώς από το μικρό μέγεθος των μορίων του και την έλλειψη φορτίου.

Με διευκολυνόμενη διάχυσηΗ μεταφορά ουσιών περιλαμβάνει πρωτεΐνες - φορείς που λειτουργούν με βάση την αρχή του «πινγκ-πονγκ». Η πρωτεΐνη υπάρχει σε δύο διαμορφωτικές καταστάσεις: στην κατάσταση «pong», οι θέσεις δέσμευσης για τη μεταφερόμενη ουσία είναι ανοιχτές στο εξωτερικό της διπλής στιβάδας και στην κατάσταση «ping», οι ίδιες θέσεις είναι ανοιχτές 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 εμπλέκονται στη διευκόλυνση της διάχυσης, για παράδειγμα, η γραμμικιδίνη και η βαλινομυκίνη.

Επειδή παρέχουν μεταφορά ιόντων, ονομάζονται ιονοφόρα.

Ενεργή μεταφορά ουσιών στο κύτταρο.Αυτό το είδος μεταφοράς κοστίζει πάντα ενέργεια. 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:

χρησιμοποιώντας ένζυμα που ονομάζονται ΑΤΡάσες.

μεταφορά σε μεμβρανική συσκευασία (ενδοκυττάρωση).

ΣΕ 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 μεταφορά ιόντων, αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντλία ιόντων.

Υπάρχουν τέσσερα κύρια γνωστά συστήματα μεταφοράς ιόντων στα ζωικά κύτταρα. Τρία από αυτά παρέχουν μεταφορά μέσω βιολογικών μεμβρανών: Na + και K +, Ca +, H + και το τέταρτο - 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 περισσότερα ιόντα καλίου.

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 εισάγει κάλιο: για κάθε τρία μόρια νατρίου που απελευθερώνονται, υπάρχουν δύο μόρια καλίου που εισάγονται στο κύτταρο.

Αυτή η μεταφορά ιόντων νατρίου-καλίου εξασφαλίζεται από την εξαρτημένη ΑΤΡάση, ένα ένζυμο που εντοπίζεται στη μεμβράνη με τέτοιο τρόπο ώστε να διεισδύει σε όλο της το πάχος.Το νάτριο και το ATP εισέρχονται σε αυτό το ένζυμο από το εσωτερικό της μεμβράνης και το κάλιο από το εξωτερικό.

Η μεταφορά νατρίου και καλίου μέσω της μεμβράνης συμβαίνει ως αποτέλεσμα των διαμορφωτικών αλλαγών που υφίσταται η εξαρτώμενη από νάτριο-κάλιο ΑΤΡάση, η οποία ενεργοποιείται όταν αυξάνεται η συγκέντρωση νατρίου μέσα στο κύτταρο ή καλίου στο περιβάλλον.

Για την παροχή ενέργειας σε αυτήν την αντλία, απαιτείται υδρόλυση ATP. Αυτή η διαδικασία εξασφαλίζεται από το ίδιο ένζυμο, την εξαρτώμενη από νάτριο-κάλιο ΑΤΡάση. Επιπλέον, περισσότερο από το ένα τρίτο του ATP που καταναλώνεται από ένα ζωικό κύτταρο σε κατάσταση ηρεμίας δαπανάται για τη λειτουργία 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 τροφοδοτούνται από ενέργεια που αποθηκεύεται σε βαθμίδες ιόντων και όχι από άμεση υδρόλυση του ATP. Όλα λειτουργούν όπως συστήματα μεταφορών(προαγωγή της μεταφοράς ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους). Για παράδειγμα, η ενεργός μεταφορά ορισμένων σακχάρων και αμινοξέων στα ζωικά κύτταρα προσδιορίζεται από μια βαθμίδα ιόντων νατρίου και όσο υψηλότερη είναι η βαθμίδα ιόντων νατρίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα απορρόφησης γλυκόζης. Και, αντίστροφα, εάν η συγκέντρωση νατρίου στον μεσοκυττάριο χώρο μειωθεί σημαντικά, η μεταφορά γλυκόζης σταματά. Σε αυτή την περίπτωση, το νάτριο πρέπει να ενώσει την εξαρτώμενη από το νάτριο πρωτεΐνη μεταφοράς 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 διευκολύνουν την εισαγωγή της πρωτεΐνης φορέα στο κύτταρο μαζί με τη γλυκόζη. Τα ιόντα νατρίου που εισέρχονται στο κύτταρο μαζί με τη γλυκόζη αντλούνται πίσω από την εξαρτώμενη από νάτριο ΑΤΡάση, η οποία, διατηρώντας μια 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 μηχανισμούς μεταφοράς ουσιών στο κύτταρο που περιγράφηκαν παραπάνω. Αιχμαλωτίζονται από το κύτταρο και απορροφώνται σε μεμβρανική συσκευασία, η οποία ονομάζεται ενδοκυττάρωση. Η τελευταία χωρίζεται επίσημα σε φαγοκυττάρωση και πινοκυττάρωση. Η πρόσληψη 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 (κυστίδιο).

διαχωρισμός του ενδοκυτταρικού κυστιδίου από τη μεμβράνη με κατανάλωση ενέργειας – σχηματισμός φαγοσώματοςκαι αποκατάσταση της ακεραιότητας της μεμβράνης.

Σύντηξη του φαγοσώματος με το λυσόσωμα και σχηματισμός φαγολυσοσώματα (πεπτικό κενοτόπιο) στην οποία πραγματοποιείται πέψη των απορροφημένων σωματιδίων.

απομάκρυνση του υλικού που δεν έχει υποστεί πέψη στο φαγολυσόσωμα από το κύτταρο ( εξωκυττάρωση).

Στον κόσμο των ζώων ενδοκυττάρωσηείναι με χαρακτηριστικό τρόποδιατροφή πολλών μονοκύτταρων οργανισμών (για παράδειγμα, σε αμοιβάδες) και μεταξύ πολλών κυτταρικών οργανισμών, αυτός ο τύπος πέψης των σωματιδίων τροφής βρίσκεται στα ενδοδερμικά κύτταρα των συνεντερικών. Όσον αφορά τα θηλαστικά και τον άνθρωπο, έχουν ένα δικτυοϊστικο-ενδοθηλιακό σύστημα κυττάρων με την ικανότητα να ενδοκυττάρουν. Παραδείγματα περιλαμβάνουν λευκοκύτταρα αίματος και ηπατικά κύτταρα Kupffer. Οι τελευταίες επενδύουν τα λεγόμενα ημιτονοειδή τριχοειδή αγγεία του ήπατος και συλλαμβάνουν διάφορα ξένα σωματίδια που αιωρούνται στο αίμα. Εξωκυττάρωση- Αυτή είναι επίσης μια μέθοδος 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.

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)

Έχει πάχος 8-12 nm, επομένως είναι αδύνατο να εξεταστεί με μικροσκόπιο φωτός. Η δομή της μεμβράνης μελετάται χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Η πλασματική μεμβράνη σχηματίζεται από δύο στρώματα λιπιδίων - ένα διλιπιδικό στρώμα ή διπλό στρώμα. Κάθε μόριο αποτελείται από μια υδρόφιλη κεφαλή και μια υδρόφοβη ουρά και στις βιολογικές μεμβράνες τα λιπίδια βρίσκονται με την κεφαλή τους προς τα έξω και τις ουρές τους προς τα μέσα.

Πολυάριθμα μόρια πρωτεΐνης βυθίζονται στο διλιπιδικό στρώμα. Μερικά από αυτά βρίσκονται στην επιφάνεια της μεμβράνης (εξωτερική ή εσωτερική), άλλα διεισδύουν στη μεμβράνη.

Λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης

Η μεμβράνη προστατεύει τα περιεχόμενα του κυττάρου από βλάβες, διατηρεί το σχήμα του κυττάρου, επιτρέπει επιλεκτικά τις απαραίτητες ουσίες στο κύτταρο και απομακρύνει τα μεταβολικά προϊόντα και επίσης εξασφαλίζει την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων.

Η λειτουργία φραγμού, οριοθέτησης της μεμβράνης παρέχεται από ένα διπλό στρώμα λιπιδίων. Αποτρέπει την εξάπλωση του περιεχομένου του κυττάρου, την ανάμειξη με το περιβάλλον ή το μεσοκυττάριο υγρό και εμποδίζει τη διείσδυση επικίνδυνων ουσιών στο κύτταρο.

Μια σειρά από τις πιο σημαντικές λειτουργίες της κυτταροπλασματικής μεμβράνης εκτελούνται από πρωτεΐνες που βυθίζονται σε αυτήν. Με τη βοήθεια πρωτεϊνών υποδοχέα μπορεί να αντιληφθεί διάφορους ερεθισμούς στην επιφάνειά του. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς σχηματίζουν τα λεπτότερα κανάλια μέσω των οποίων το κάλιο, το ασβέστιο και άλλα ιόντα μικρής διαμέτρου περνούν μέσα και έξω από το κύτταρο. Οι πρωτεΐνες παρέχουν ζωτικές διεργασίες στον ίδιο τον οργανισμό.

Μεγάλα σωματίδια τροφής που δεν μπορούν να περάσουν από κανάλια λεπτής μεμβράνης εισέρχονται στο κύτταρο με φαγοκυττάρωση ή πινοκύττωση. Η γενική ονομασία αυτών των διεργασιών είναι ενδοκυττάρωση.

Πώς συμβαίνει η ενδοκυττάρωση - η διείσδυση μεγάλων σωματιδίων τροφής στο κύτταρο;

Το σωματίδιο της τροφής έρχεται σε επαφή με την εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου και σε αυτό το σημείο σχηματίζεται μια διείσδυση. Στη συνέχεια, το σωματίδιο, που περιβάλλεται από μια μεμβράνη, εισέρχεται στο κύτταρο, σχηματίζεται ένα πεπτικό κυστίδιο και τα πεπτικά ένζυμα διεισδύουν στο κυστίδιο που προκύπτει.

Τα λευκά αιμοσφαίρια που μπορούν να συλλάβουν και να αφομοιώσουν ξένα βακτήρια ονομάζονται φαγοκύτταρα.

Στην περίπτωση της πινοκυττάρωσης, η διείσδυση της μεμβράνης συλλαμβάνει όχι στερεά σωματίδια, αλλά σταγονίδια υγρού με ουσίες διαλυμένες σε αυτήν. Αυτός ο μηχανισμός είναι ένας από τους κύριους τρόπους εισόδου ουσιών στο κύτταρο.

Τα φυτικά κύτταρα που καλύπτονται με ένα σκληρό στρώμα κυτταρικού τοιχώματος στην κορυφή της μεμβράνης δεν είναι ικανά για φαγοκυττάρωση.

Η αντίστροφη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης είναι η εξωκυττάρωση. Οι συνθετικές ουσίες (για παράδειγμα, οι ορμόνες) συσκευάζονται σε μεμβρανικά κυστίδια, πλησιάζουν τη μεμβράνη, ενσωματώνονται σε αυτήν και το περιεχόμενο του κυστιδίου απελευθερώνεται από το κύτταρο. Με αυτόν τον τρόπο, το κύτταρο μπορεί να απαλλαγεί από τα περιττά μεταβολικά προϊόντα.

Σύντομη περιγραφή:

Sazonov V.F. 1_1 Δομή της κυτταρικής μεμβράνης [Ηλεκτρονικός πόρος] // Κινησιολόγος, 2009-2018: [ιστοσελίδα]. Ημερομηνία ενημέρωσης: 02/06/2018..__.201_). _Περιγράφεται η δομή και η λειτουργία της κυτταρικής μεμβράνης (συνώνυμα: plasmalemma, plasmalemma, biomembrane, κυτταρική μεμβράνη, εξωτερική κυτταρική μεμβράνη, κυτταρική μεμβράνη, κυτταροπλασματική μεμβράνη). Αυτές οι αρχικές πληροφορίες είναι απαραίτητες τόσο για την κυτταρολογία όσο και για την κατανόηση των διεργασιών της νευρικής δραστηριότητας: νευρική διέγερση, αναστολή, λειτουργία συνάψεων και αισθητηριακών υποδοχέων.

Κυτταρική μεμβράνη (πλάσμα) ΕΝΑλήμμα ή πλάσμα Ολήμμα)

Ορισμός της έννοιας

Η κυτταρική μεμβράνη (συνώνυμα: plasmalemma, plasmalemma, κυτταροπλασματική μεμβράνη, βιομεμβράνη) είναι μια τριπλή μεμβράνη λιποπρωτεΐνης (δηλαδή «λίπος-πρωτεΐνη») που διαχωρίζει το κύτταρο από το περιβάλλον και πραγματοποιεί ελεγχόμενη ανταλλαγή και επικοινωνία μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος του.

Το κύριο πράγμα σε αυτόν τον ορισμό δεν είναι ότι η μεμβράνη διαχωρίζει το κύτταρο από το περιβάλλον, αλλά ακριβώς ότι συνδέει κύτταρο με το περιβάλλον. Η μεμβράνη είναι ενεργός τη δομή του κυττάρου, λειτουργεί συνεχώς.

Μια βιολογική μεμβράνη είναι ένα εξαιρετικά λεπτό διμοριακό φιλμ φωσφολιπιδίων επικαλυμμένο με πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Αυτή η κυτταρική δομή βρίσκεται κάτω από τις ιδιότητες φραγμού, τις μηχανικές και τις ιδιότητες μήτρας ενός ζωντανού οργανισμού (Antonov V.F., 1996).

Μια εικονιστική αναπαράσταση μιας μεμβράνης

Για μένα, η κυτταρική μεμβράνη μοιάζει με δικτυωτό φράχτη με πολλές πόρτες μέσα, που περιβάλλει μια συγκεκριμένη περιοχή. Οποιοδήποτε μικρό ζωντανό πλάσμα μπορεί να κινείται ελεύθερα μπρος-πίσω μέσα από αυτόν τον φράχτη. Αλλά οι μεγαλύτεροι επισκέπτες μπορούν να εισέλθουν μόνο από τις πόρτες, και ακόμη και τότε όχι από όλες τις πόρτες. Διαφορετικοί επισκέπτες έχουν κλειδιά μόνο στις δικές τους πόρτες και δεν μπορούν να περάσουν από τις πόρτες άλλων ανθρώπων. Έτσι, μέσω αυτού του φράχτη υπάρχουν συνεχώς ροές επισκεπτών μπρος-πίσω, γιατί η κύρια λειτουργία του φράχτη μεμβράνης είναι διπλή: να διαχωρίζει την περιοχή από τον περιβάλλοντα χώρο και ταυτόχρονα να τη συνδέει με τον περιβάλλοντα χώρο. Αυτός είναι ο λόγος που υπάρχουν πολλές τρύπες και πόρτες στον φράχτη - !

Ιδιότητες μεμβράνης

1. Διαπερατότητα.

2. Ημιπερατότητα (μερική διαπερατότητα).

3. Επιλεκτική (συνώνυμο: επιλεκτική) διαπερατότητα.

4. Ενεργή διαπερατότητα (συνώνυμο: ενεργή μεταφορά).

5. Ελεγχόμενη διαπερατότητα.

Όπως μπορείτε να δείτε, η κύρια ιδιότητα μιας μεμβράνης είναι η διαπερατότητά της σε διάφορες ουσίες.

6. Φαγοκυττάρωση και πινοκυττάρωση.

7. Εξωκυττάρωση.

8. Η παρουσία ηλεκτρικών και χημικών δυναμικών, ή μάλλον η διαφορά δυναμικού μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής πλευράς της μεμβράνης. Μεταφορικά μπορούμε να το πούμε αυτό «Η μεμβράνη μετατρέπει το κύτταρο σε «ηλεκτρική μπαταρία» ελέγχοντας τις ιοντικές ροές». Λεπτομέριες: .

9. Αλλαγές στο ηλεκτρικό και χημικό δυναμικό.

10. Ευερεθιστότητα. Ειδικοί μοριακοί υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη μπορούν να συνδεθούν με ουσίες σηματοδότησης (ελέγχου), ως αποτέλεσμα των οποίων η κατάσταση της μεμβράνης και ολόκληρου του κυττάρου μπορεί να αλλάξει. Οι μοριακοί υποδοχείς πυροδοτούν βιοχημικές αντιδράσεις ως απόκριση στη σύνδεση προσδεμάτων (ουσιών ελέγχου) μαζί τους. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ουσία σηματοδότησης δρα στον υποδοχέα από το εξωτερικό και οι αλλαγές συνεχίζονται μέσα στο κύτταρο. Αποδεικνύεται ότι η μεμβράνη μετέφερε πληροφορίες από το περιβάλλον στο εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου.

11. Καταλυτική ενζυματική δραστηριότητα. Τα ένζυμα μπορούν να ενσωματωθούν στη μεμβράνη ή να συσχετιστούν με την επιφάνειά της (τόσο μέσα όσο και έξω από το κύτταρο) και εκεί πραγματοποιούν τις ενζυμικές τους δραστηριότητες.

12. Αλλαγή του σχήματος της επιφάνειας και του εμβαδού της. Αυτό επιτρέπει στη μεμβράνη να σχηματίζει αποφύσεις προς τα έξω ή, αντίθετα, εισβολές στο κύτταρο.

13. Η ικανότητα δημιουργίας επαφών με άλλες κυτταρικές μεμβράνες.

14. Προσκόλληση - η ικανότητα να κολλάει σε σκληρές επιφάνειες.

Σύντομη λίστα ιδιοτήτων μεμβράνης

• Διαπερατό.
• Ενδοκυττάρωση, εξωκυττάρωση, διακυττάρωση.
• Δυνατότητες.
• Ευερέθιστο.
• Ενζυμική δραστηριότητα.
• Επαφές.
• Προσκόλληση.

Λειτουργίες μεμβράνης

1. Ατελής απομόνωση του εσωτερικού περιεχομένου από το εξωτερικό περιβάλλον.

2. Το κύριο πράγμα στη λειτουργία της κυτταρικής μεμβράνης είναι ανταλλαγή διάφορος ουσίες μεταξύ του κυττάρου και του μεσοκυττάριου περιβάλλοντος. Αυτό οφείλεται στην ιδιότητα της διαπερατότητας της μεμβράνης. Επιπλέον, η μεμβράνη ρυθμίζει αυτή την ανταλλαγή ρυθμίζοντας τη διαπερατότητά της.

3. Μια άλλη σημαντική λειτουργία της μεμβράνης είναι δημιουργώντας διαφορά στα χημικά και ηλεκτρικά δυναμικά μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής πλευράς του. Εξαιτίας αυτού, το εσωτερικό της κυψέλης έχει αρνητικό ηλεκτρικό δυναμικό - .

4. Η μεμβράνη επίσης πραγματοποιεί ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος του. Ειδικοί μοριακοί υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη μπορούν να συνδεθούν με ουσίες ελέγχου (ορμόνες, μεσολαβητές, ρυθμιστές) και να πυροδοτήσουν βιοχημικές αντιδράσεις στο κύτταρο, οδηγώντας σε διάφορες αλλαγές στη λειτουργία του κυττάρου ή στις δομές του.

Βίντεο:Δομή κυτταρικής μεμβράνης

Διάλεξη βίντεο:Λεπτομέρειες σχετικά με τη δομή και τη μεταφορά της μεμβράνης

Δομή μεμβράνης

Η κυτταρική μεμβράνη έχει καθολική τριών στρώσεων δομή. Το μεσαίο στρώμα λίπους του είναι συνεχές και το ανώτερο και το κάτω στρώμα πρωτεΐνης το καλύπτουν με τη μορφή μωσαϊκού ξεχωριστών πρωτεϊνικών περιοχών. Το στρώμα λίπους είναι η βάση που εξασφαλίζει την απομόνωση του κυττάρου από το περιβάλλον, απομονώνοντάς το από το περιβάλλον. Από μόνο του, επιτρέπει στις υδατοδιαλυτές ουσίες να περάσουν πολύ άσχημα, αλλά επιτρέπει εύκολα τη διέλευση των λιποδιαλυτών ουσιών. Επομένως, η διαπερατότητα της μεμβράνης για υδατοδιαλυτές ουσίες (για παράδειγμα, ιόντα) πρέπει να διασφαλίζεται από ειδικές πρωτεϊνικές δομές - και.

Παρακάτω είναι μικρογραφίες πραγματικών κυτταρικών μεμβρανών των κυττάρων που έρχονται σε επαφή που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, καθώς και ένα σχηματικό σχέδιο που δείχνει τη δομή τριών στρωμάτων της μεμβράνης και τη μωσαϊκή φύση των πρωτεϊνικών στρωμάτων της. Για να μεγεθύνετε την εικόνα, κάντε κλικ πάνω της.

Μια ξεχωριστή εικόνα του εσωτερικού στρώματος λιπιδίου (λίπους) της κυτταρικής μεμβράνης, διαποτισμένης με ενσωματωμένες πρωτεΐνες. Το επάνω και το κάτω στρώμα πρωτεΐνης έχουν αφαιρεθεί έτσι ώστε να μην παρεμποδίζεται η θέαση της λιπιδικής διπλοστοιβάδας

Σχήμα παραπάνω: Μερική σχηματική αναπαράσταση μιας κυτταρικής μεμβράνης (κυτταρική μεμβράνη), που δίνεται στη Wikipedia.

Λάβετε υπόψη ότι η εξωτερική και η εσωτερική στιβάδα πρωτεΐνης έχουν αφαιρεθεί από τη μεμβράνη εδώ, έτσι ώστε να μπορούμε να δούμε καλύτερα την κεντρική λιπιδική διπλή στιβάδα. Σε μια πραγματική κυτταρική μεμβράνη, μεγάλα πρωτεϊνικά «νησιά» επιπλέουν πάνω και κάτω από το λιπαρό φιλμ (μικρές μπάλες στο σχήμα) και η μεμβράνη αποδεικνύεται πιο παχιά, τριών στρωμάτων: πρωτεΐνη-λίπος-πρωτεΐνη . Οπότε είναι στην πραγματικότητα σαν ένα σάντουιτς με δύο πρωτεϊνικά «κομμάτια ψωμιού» με ένα λιπαρό στρώμα «βούτυρο» στη μέση, δηλ. έχει δομή τριών επιπέδων, όχι δύο επιπέδων.

Σε αυτήν την εικόνα, οι μικρές μπλε και άσπρες μπάλες αντιστοιχούν στις υδρόφιλες (διαβρέξιμες) «κεφαλές» των λιπιδίων και οι «χορδές» που συνδέονται σε αυτές αντιστοιχούν στις υδρόφοβες (μη βρέξιμες) «ουρές». Από τις πρωτεΐνες, εμφανίζονται μόνο ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης από άκρο σε άκρο (κόκκινα σφαιρίδια και κίτρινες έλικες). Οι κίτρινες οβάλ κουκκίδες στο εσωτερικό της μεμβράνης είναι μόρια χοληστερόλης.Οι κιτρινοπράσινες αλυσίδες σφαιριδίων στο εξωτερικό της μεμβράνης είναι αλυσίδες ολιγοσακχαριτών που σχηματίζουν τον γλυκοκάλυκα. Ο γλυκοκάλυκας είναι ένα είδος υδατανθράκων («ζάχαρης») «χνουδιού» σε μια μεμβράνη, που σχηματίζεται από μακριά μόρια υδατανθράκων-πρωτεϊνών που προεξέχουν από αυτήν.

Το Living είναι ένας μικρός «σάκος πρωτεΐνης-λίπους» γεμάτος με ημι-υγρό περιεχόμενο που μοιάζει με ζελέ, το οποίο είναι διαποτισμένο με μεμβράνες και σωλήνες.

Τα τοιχώματα αυτού του σάκου σχηματίζονται από μια διπλή λιπαρή (λιπιδική) μεμβράνη, καλυμμένη εσωτερικά και εξωτερικά με πρωτεΐνες - την κυτταρική μεμβράνη. Επομένως λένε ότι η μεμβράνη έχει δομή τριών στρωμάτων : πρωτεΐνες-λίπος-πρωτεΐνες. Μέσα στο κύτταρο υπάρχουν επίσης πολλές παρόμοιες λιπαρές μεμβράνες που το χωρίζουν εσωτερικός χώροςπρος τα διαμερίσματα. Οι ίδιες μεμβράνες περιβάλλουν τα κυτταρικά οργανίδια: πυρήνας, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες. Έτσι, η μεμβράνη είναι μια καθολική μοριακή δομή κοινή για όλα τα κύτταρα και όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

Στα αριστερά δεν υπάρχει πλέον ένα πραγματικό, αλλά ένα τεχνητό μοντέλο ενός κομματιού βιολογική μεμβράνη: Αυτό είναι ένα στιγμιότυπο μιας διπλής στοιβάδας λιπαρών φωσφολιπιδίων (δηλαδή διπλοστιβάδας) κατά την προσομοίωση της μοριακής δυναμικής της. Εμφανίζεται το κελί υπολογισμού του μοντέλου - 96 μόρια PC ( φάοσπατιδυλ Χ olina) και 2304 μόρια νερού, για ένα σύνολο 20544 ατόμων.

Στα δεξιά είναι ένα οπτικό μοντέλο ενός μεμονωμένου μορίου του ίδιου λιπιδίου από το οποίο συναρμολογείται η λιπιδική διπλή στιβάδα της μεμβράνης. Στο πάνω μέρος έχει ένα υδρόφιλο (υδατοαγαπημένο) κεφάλι, και στο κάτω μέρος υπάρχουν δύο υδρόφοβες (αυδρόφοβες) ουρές. Αυτό το λιπίδιο έχει ένα απλό όνομα: 1-στεροϋλ-2-εικοσιδυοεξαενοϋλ-Sn-γλυκερο-3-φωσφατιδυλοχολίνη (18:0/22:6(n-3)cis PC), αλλά δεν χρειάζεται να το θυμάστε εκτός εάν σκοπεύεις να κάνεις τον δάσκαλό σου να λιποθυμήσει με το βάθος των γνώσεών σου.

Ένας πιο ακριβής επιστημονικός ορισμός ενός κυττάρου μπορεί να δοθεί:

είναι ένα διατεταγμένο, δομημένο, ετερογενές σύστημα βιοπολυμερών που οριοθετείται από μια ενεργή μεμβράνη, που συμμετέχει σε ένα ενιαίο σύνολο μεταβολικών, ενεργειακών και πληροφοριακών διαδικασιών και επίσης διατηρεί και αναπαράγει ολόκληρο το σύστημα ως σύνολο.

Μέσα στο κύτταρο είναι επίσης διαποτισμένο με μεμβράνες, και μεταξύ των μεμβρανών δεν υπάρχει νερό, αλλά ένα παχύρρευστο πήκτωμα/διάλυμα μεταβλητής πυκνότητας. Επομένως, τα αλληλεπιδρώντα μόρια σε ένα κύτταρο δεν επιπλέουν ελεύθερα, όπως σε δοκιμαστικό σωλήνα με υδατικό διάλυμα, αλλά κυρίως κάθονται (ακινητοποιημένα) στις πολυμερείς δομές του κυτταροσκελετού ή των ενδοκυτταρικών μεμβρανών. Και επομένως οι χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα μέσα στο κύτταρο σχεδόν σαν σε στερεό παρά σε υγρό. Η εξωτερική μεμβράνη που περιβάλλει το κύτταρο είναι επίσης επενδεδυμένη με ένζυμα και μοριακούς υποδοχείς, καθιστώντας το ένα πολύ ενεργό μέρος του κυττάρου.

Η κυτταρική μεμβράνη (plasmalemma, plasmolemma) είναι μια ενεργή μεμβράνη που διαχωρίζει το κύτταρο από το περιβάλλον και το συνδέει με το περιβάλλον. © Sazonov V.F., 2016.

Από αυτόν τον ορισμό της μεμβράνης προκύπτει ότι όχι μόνο περιορίζει το κύτταρο, αλλά εργάζονται ενεργά, συνδέοντάς το με το περιβάλλον του.

Το λίπος που συνθέτει τις μεμβράνες είναι ιδιαίτερο, επομένως τα μόριά του συνήθως ονομάζονται όχι απλώς λίπος, αλλά "λιπίδια", "φωσφολιπίδια", "σφιγγολιπίδια". Το φιλμ μεμβράνης είναι διπλό, δηλαδή αποτελείται από δύο φιλμ κολλημένα μεταξύ τους. Επομένως, στα σχολικά βιβλία γράφουν ότι η βάση της κυτταρικής μεμβράνης αποτελείται από δύο λιπιδικά στρώματα (ή " διπλό στρώμα", δηλαδή μια διπλή στρώση). Για κάθε μεμονωμένη λιπιδική στιβάδα, η μία πλευρά μπορεί να διαβραχεί με νερό, αλλά η άλλη όχι. Έτσι, αυτές οι μεμβράνες κολλάνε μεταξύ τους ακριβώς με τις μη διαβρέξιμες πλευρές τους.

Μεμβράνη βακτηρίων

Το προκαρυωτικό κυτταρικό τοίχωμα των gram-αρνητικών βακτηρίων αποτελείται από πολλά στρώματα, που φαίνονται στο παρακάτω σχήμα.
Στρώματα του κελύφους των gram-αρνητικών βακτηρίων:
1. Εσωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη τριών στρωμάτων, η οποία βρίσκεται σε επαφή με το κυτταρόπλασμα.
2. Κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο αποτελείται από μουρεΐνη.
3. Η εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη τριών στρωμάτων, η οποία έχει το ίδιο σύστημα λιπιδίων με πρωτεϊνικά σύμπλοκα με την εσωτερική μεμβράνη.
Επικοινωνία gram-αρνητικών βακτηριακών κυττάρων με έξω κόσμοςμέσω μιας τέτοιας πολύπλοκης δομής τριών σταδίων δεν τους δίνει πλεονέκτημα στην επιβίωση σε σκληρές συνθήκες σε σύγκριση με τα θετικά κατά Gram βακτήρια που έχουν λιγότερο ισχυρό κέλυφος. Δεν το ανέχονται εξίσου καλά υψηλές θερμοκρασίες, αυξημένη οξύτητα και αλλαγές πίεσης.

Διάλεξη βίντεο:Μεμβράνη πλάσματος. E.V. Cheval, Ph.D.

Διάλεξη βίντεο:Η μεμβράνη ως όριο κυττάρου. Α. Ιλιάσκιν

Σημασία των καναλιών ιόντων μεμβράνης

Είναι εύκολο να γίνει κατανοητό ότι μόνο λιποδιαλυτές ουσίες μπορούν να διεισδύσουν στο κύτταρο μέσω του φιλμ λίπους της μεμβράνης. Αυτά είναι λίπη, αλκοόλες, αέρια.Για παράδειγμα, στα ερυθρά αιμοσφαίρια, το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα περνούν εύκολα μέσα και έξω απευθείας από τη μεμβράνη. Αλλά το νερό και οι υδατοδιαλυτές ουσίες (για παράδειγμα, τα ιόντα) απλά δεν μπορούν να περάσουν μέσω της μεμβράνης σε κανένα κύτταρο. Αυτό σημαίνει ότι απαιτούν ειδικές τρύπες. Αλλά αν κάνετε απλώς μια τρύπα στη λιπαρή μεμβράνη, θα κλείσει αμέσως πίσω. Τι να κάνω? Μια λύση βρέθηκε στη φύση: είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν ειδικές δομές μεταφοράς πρωτεϊνών και να τεντωθούν μέσω της μεμβράνης. Έτσι ακριβώς σχηματίζονται κανάλια για τη διέλευση αδιάλυτων στο λίπος ουσιών - δίαυλοι ιόντων της κυτταρικής μεμβράνης.

Έτσι, για να δώσεις τη μεμβράνη σου πρόσθετες ιδιότητεςδιαπερατότητα σε πολικά μόρια (ιόντα και νερό), το κύτταρο συνθέτει ειδικές πρωτεΐνες στο κυτταρόπλασμα, οι οποίες στη συνέχεια ενσωματώνονται στη μεμβράνη. Κυκλοφορούν σε δύο τύπους: πρωτεΐνες μεταφοράς (για παράδειγμα, μεταφορά ATPases) και πρωτεΐνες που σχηματίζουν κανάλι (κατασκευαστές καναλιών). Αυτές οι πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες στο λιπαρό διπλό στρώμα της μεμβράνης και σχηματίζουν δομές μεταφοράς με τη μορφή μεταφορέων ή με τη μορφή διαύλων ιόντων. Διάφορες υδατοδιαλυτές ουσίες που διαφορετικά δεν μπορούν να περάσουν από το φιλμ της λιπαρής μεμβράνης μπορούν τώρα να περάσουν μέσα από αυτές τις δομές μεταφοράς.

Γενικά ονομάζονται και πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη αναπόσπαστο, ακριβώς επειδή φαίνεται να περιλαμβάνονται στη μεμβράνη και να τη διαπερνούν. Άλλες πρωτεΐνες, όχι αναπόσπαστες, σχηματίζουν νησίδες, όπως λέγαμε, που «επιπλέουν» στην επιφάνεια της μεμβράνης: είτε στην εξωτερική της είτε στην εσωτερική της επιφάνεια. Μετά από όλα, όλοι γνωρίζουν ότι το λίπος είναι ένα καλό λιπαντικό και είναι εύκολο να γλιστρήσει πάνω του!

συμπεράσματα

1. Γενικά, η μεμβράνη αποδεικνύεται ότι είναι τριών στρώσεων:

1) εξωτερικό στρώμα πρωτεϊνικών «νησιών»,

2) λιπαρή «θάλασσα» δύο στρωμάτων (λιπιδική διπλή στιβάδα), δηλ. διπλό φιλμ λιπιδίων,

3) ένα εσωτερικό στρώμα πρωτεϊνικών «νησιών».

Αλλά υπάρχει επίσης ένα χαλαρό εξωτερικό στρώμα - ο γλυκοκάλυκας, ο οποίος σχηματίζεται από γλυκοπρωτεΐνες που προεξέχουν από τη μεμβράνη. Είναι μοριακοί υποδοχείς στους οποίους συνδέονται οι ουσίες ελέγχου σηματοδότησης.

2. Ειδικές πρωτεϊνικές δομές ενσωματώνονται στη μεμβράνη, διασφαλίζοντας τη διαπερατότητά της σε ιόντα ή άλλες ουσίες. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι σε ορισμένα σημεία η θάλασσα του λίπους διαποτίζεται από και μέσα από αναπόσπαστες πρωτεΐνες. Και είναι οι αναπόσπαστες πρωτεΐνες που σχηματίζουν ειδικές μεταφορικές δομές κυτταρική μεμβράνη (βλ. ενότητα 1_2 Μηχανισμοί μεταφοράς μεμβράνης). Μέσω αυτών, ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο και απομακρύνονται επίσης από το κύτταρο προς τα έξω.

3. Σε οποιαδήποτε πλευρά της μεμβράνης (εξωτερική και εσωτερική), καθώς και μέσα στη μεμβράνη, μπορούν να εντοπιστούν ενζυμικές πρωτεΐνες, οι οποίες επηρεάζουν τόσο την κατάσταση της ίδιας της μεμβράνης όσο και τη ζωή ολόκληρου του κυττάρου.

Έτσι, η κυτταρική μεμβράνη είναι μια ενεργή, μεταβλητή δομή που λειτουργεί ενεργά προς το συμφέρον ολόκληρου του κυττάρου και το συνδέει με τον έξω κόσμο και δεν είναι απλώς ένα «προστατευτικό κέλυφος». Αυτό είναι το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε για την κυτταρική μεμβράνη.

Στην ιατρική, οι μεμβρανικές πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται συχνά ως «στόχοι» για φάρμακα. Τέτοιοι στόχοι περιλαμβάνουν υποδοχείς, διαύλους ιόντων, ένζυμα και συστήματα μεταφοράς. ΣΕ ΠρόσφαταΕκτός από τη μεμβράνη, γονίδια που κρύβονται στον κυτταρικό πυρήνα γίνονται επίσης στόχοι για φάρμακα.

Βίντεο:Εισαγωγή στη βιοφυσική της κυτταρικής μεμβράνης: Δομή μεμβράνης 1 (Vladimirov Yu.A.)

Βίντεο:Ιστορία, δομή και λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης: Δομή μεμβράνης 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.