Nu este un secret pentru nimeni că toate ființele vii de pe planeta noastră sunt formate din celule, aceste nenumărate „” materie organică. Celulele, la rândul lor, sunt înconjurate de o înveliș protector special - o membrană, care joacă un rol foarte important în viața celulei și funcțiile membrana celulara nu se limitează doar la protecția celulelor, ci reprezintă un mecanism complex implicat în reproducerea, nutriția și regenerarea celulelor.

Ce este o membrană celulară

Cuvântul „membrană” în sine este tradus din latină ca „film”, deși o membrană nu este doar un fel de film în care este învelită o celulă, ci o combinație de două filme conectate între ele și având proprietăți diferite. De fapt, membrana celulară este o membrană lipoproteică (grăsime-proteină) cu trei straturi care separă fiecare celulă de celulele vecine și de mediu și realizează schimb controlat între celule și mediu, aceasta este definiția academică a ceea ce este o membrană celulară. este.

Importanța membranei este pur și simplu enormă, deoarece nu numai că separă o celulă de alta, dar asigură și interacțiunea celulei atât cu celelalte celule, cât și cu mediul.

Istoria cercetării membranei celulare

O contribuție importantă la studiul membranei celulare a fost adusă de doi oameni de știință germani Gorter și Grendel încă din 1925. Atunci au reușit să efectueze un experiment biologic complex asupra globulelor roșii - eritrocite, în timpul căruia oamenii de știință au obținut așa-numitele „umbre”, cochilii goale de eritrocite, pe care le-au stivuit într-un singur teanc și au măsurat suprafața și, de asemenea, a calculat cantitatea de lipide din ele. Pe baza cantității de lipide obținute, oamenii de știință au ajuns la concluzia că acestea sunt exact conținute în stratul dublu al membranei celulare.

În 1935, o altă pereche de cercetători ai membranei celulare, de data aceasta americanii Daniel și Dawson, după o serie de experimente lungi, au stabilit conținutul de proteine ​​din membrana celulară. Nu exista altă modalitate de a explica de ce membrana avea o tensiune superficială atât de mare. Oamenii de știință au prezentat inteligent un model de membrană celulară sub formă de sandviș, în care rolul pâinii este jucat de straturi omogene lipido-proteice, iar între ele, în loc de ulei, există gol.

În 1950, odată cu apariția electronicii, teoria lui Daniel și Dawson a fost confirmată de observații practice - în micrografiile membranei celulare, straturile de capete de lipide și proteine ​​și, de asemenea, spațiul gol dintre ele erau clar vizibile.

În 1960, biologul american J. Robertson a dezvoltat o teorie despre structura în trei straturi a membranelor celulare, care pentru o lungă perioadă de timp a fost considerată singura adevărată, dar odată cu dezvoltarea ulterioară a științei, au început să apară îndoieli cu privire la infailibilitatea ei. Deci, de exemplu, din punct de vedere, ar fi dificil și laborios pentru celule să transporte nutrienții necesari prin întregul „sandviș”

Și abia în 1972, biologii americani S. Singer și G. Nicholson au reușit să explice inconsecvențele din teoria lui Robertson folosind un nou model fluid-mozaic al membranei celulare. În special, au descoperit că membrana celulară nu este omogenă în compoziția sa, în plus, este asimetrică și plină cu lichid. În plus, celulele sunt în continuă mișcare. Și proteinele notorii care fac parte din membrana celulară au structuri și funcții diferite.

Proprietățile și funcțiile membranei celulare

Acum să ne uităm la ce funcții îndeplinește membrana celulară:

Funcția de barieră a membranei celulare este membrana ca o adevărată gardă de frontieră, stând de pază peste limitele celulei, întârziind și nepermițând trecerea moleculelor dăunătoare sau pur și simplu inadecvate.

Funcția de transport a membranei celulare - membrana nu este doar un paznic de frontieră la poarta celulei, ci și un fel de punct de control vamal; substanțele utile sunt schimbate constant cu alte celule și mediul prin intermediul acesteia.

Funcția matricei - este membrana celulară care determină locația una față de cealaltă și reglează interacțiunea dintre ele.

Funcția mecanică – este responsabilă de limitarea unei celule de alta și, în același timp, de conectarea corectă a celulelor între ele, de formarea lor într-un țesut omogen.

Funcția de protecție a membranei celulare este baza pentru construirea scutului protector al celulei. În natură, un exemplu al acestei funcții poate fi lemnul tare, o coajă densă, o înveliș protector, toate datorită funcției protectoare a membranei.

Funcția enzimatică este o altă funcție importantă îndeplinită de anumite proteine ​​din celulă. De exemplu, datorită acestei funcții, în epiteliul intestinal are loc sinteza enzimelor digestive.

De asemenea, pe lângă toate acestea, schimbul celular are loc prin membrana celulară, care poate avea loc în trei reacții diferite:

• Fagocitoza este un schimb celular în care celulele fagocitare înglobate în membrană captează și digeră diverși nutrienți.
• Pinocitoza este procesul de captare de către membrana celulară a moleculelor lichide aflate în contact cu aceasta. Pentru a face acest lucru, pe suprafața membranei se formează vârle speciale, care par să înconjoare o picătură de lichid, formând o bulă, care este ulterior „înghițită” de membrană.
• Exocitoza este un proces invers când o celulă eliberează un fluid funcțional secretor la suprafață prin membrană.

Structura membranei celulare

Există trei clase de lipide în membrana celulară:

• fosfolipide (care sunt o combinație de grăsimi și fosfor),
• glicolipide (o combinație de grăsimi și carbohidrați),
• colesterolul

Fosfolipidele și glicolipidele, la rândul lor, constau dintr-un cap hidrofil, în care se extind două cozi hidrofobe lungi. Colesterolul ocupă spațiul dintre aceste cozi, împiedicându-le să se îndoaie; toate acestea, în unele cazuri, fac membrana anumitor celule foarte rigidă. Pe lângă toate acestea, moleculele de colesterol organizează structura membranei celulare.

Dar oricum ar fi, cea mai importantă parte a structurii membranei celulare este proteinele, sau mai degrabă diferite proteine ​​care joacă diferite roluri importante. În ciuda diversității proteinelor conținute în membrană, există ceva care le unește - lipidele inelare sunt situate în jurul tuturor proteinelor membranei. Lipidele inelare sunt grăsimi structurate speciale care servesc ca un fel de înveliș protector pentru proteine, fără de care pur și simplu nu ar funcționa.

Structura membranei celulare are trei straturi: baza membranei celulare este un strat bilipid lichid omogen. Proteinele îl acoperă pe ambele părți ca un mozaic. Proteinele, pe lângă funcțiile descrise mai sus, joacă și rolul unor canale deosebite prin care trec prin membrană substanțele care nu pot pătrunde prin stratul lichid al membranei. Acestea includ, de exemplu, ionii de potasiu și sodiu; pentru pătrunderea lor prin membrană, natura oferă canale ionice speciale în membranele celulare. Cu alte cuvinte, proteinele asigură permeabilitatea membranelor celulare.

Dacă privim membrana celulară printr-un microscop, vom vedea un strat de lipide format din molecule mici sferice pe care proteinele înoată ca pe mare. Acum știi ce substanțe alcătuiesc membrana celulară.

Video membrana celulară

Și în sfârșit, un videoclip educațional despre membrana celulară.

Unitatea structurală de bază a unui organism viu este celula, care este o secțiune diferențiată a citoplasmei înconjurată de o membrană celulară. Datorită faptului că celula îndeplinește multe funcții importante, precum reproducerea, nutriția, mișcarea, membrana trebuie să fie plastică și densă.

Istoria descoperirii și cercetării membranei celulare

În 1925, Grendel și Gorder au efectuat un experiment de succes pentru a identifica „umbrele” celulelor roșii din sânge sau membranele goale. În ciuda mai multor greșeli grave, oamenii de știință au descoperit stratul dublu lipidic. Munca lor a fost continuată de Danielli, Dawson în 1935 și Robertson în 1960. Ca urmare a multor ani de muncă și a acumulării de argumente, în 1972 Singer și Nicholson au creat un model fluid-mozaic al structurii membranei. Experimente și studii ulterioare au confirmat lucrările oamenilor de știință.

Sens

Ce este o membrană celulară? Acest cuvânt a început să fie folosit în urmă cu mai bine de o sută de ani; tradus din latină înseamnă „film”, „piele”. Așa este desemnată limita celulei, care este o barieră naturală între conținutul intern și mediul extern. Structura membranei celulare implică semi-permeabilitate, datorită căreia umiditatea și substanțele nutritive și produsele de descompunere pot trece liber prin ea. Această înveliș poate fi numită principala componentă structurală a organizării celulare.

Să luăm în considerare principalele funcții ale membranei celulare

1. Separă conținutul intern al celulei și componentele mediului extern.

2. Ajută la menținerea unei compoziții chimice constante a celulei.

3. Reglează metabolismul adecvat.

4. Asigură comunicarea între celule.

5. Recunoaște semnalele.

6. Funcția de protecție.

„Coaja de plasmă”

Membrana celulară exterioară, numită și membrană plasmatică, este o peliculă ultramicroscopică a cărei grosime variază de la cinci până la șapte nanomilimetri. Constă în principal din compuși proteici, fosfolide și apă. Filmul este elastic, absoarbe ușor apa și își restabilește rapid integritatea după deteriorare.

Are o structură universală. Această membrană ocupă o poziție de frontieră, participă la procesul de permeabilitate selectivă, îndepărtarea produselor de degradare și le sintetizează. Relația cu „vecinii” săi și protecția fiabilă a conținutului intern împotriva daunelor îl fac o componentă importantă într-o chestiune precum structura celulei. Membrana celulară a organismelor animale este uneori acoperită cu un strat subțire - glicocalix, care include proteine ​​și polizaharide. Celulele vegetale din afara membranei sunt protejate de un perete celular, care servește drept suport și menține forma. Componenta principală a compoziției sale este fibra (celuloza) - o polizaharidă care este insolubilă în apă.

Astfel, membrana celulară exterioară are funcția de reparare, protecție și interacțiune cu alte celule.

Structura membranei celulare

Grosimea acestei carcase mobile variază de la șase până la zece nanomilimetri. Membrana celulară a unei celule are o compoziție specială, a cărei bază este un strat dublu lipidic. Cozile hidrofobe, inerte la apă, sunt situate în interior, în timp ce capetele hidrofile, interacționând cu apa, sunt orientate spre exterior. Fiecare lipidă este o fosfolipidă, care este rezultatul interacțiunii unor substanțe precum glicerolul și sfingozina. Cadrul lipidic este strâns înconjurat de proteine, care sunt dispuse într-un strat necontinuu. Unele dintre ele sunt scufundate în stratul lipidic, restul trec prin el. Ca urmare, se formează zone permeabile la apă. Funcțiile îndeplinite de aceste proteine ​​sunt diferite. Unele dintre ele sunt enzime, restul sunt proteine ​​de transport care transferă diverse substanțe din mediul extern în citoplasmă și înapoi.

Membrana celulară este pătrunsă și strâns legată de proteinele integrale, iar legătura cu cele periferice este mai puțin puternică. Aceste proteine ​​îndeplinesc o funcție importantă, care este menținerea structurii membranei, primirea și convertirea semnalelor din mediu, transportarea substanțelor și catalizarea reacțiilor care au loc pe membrane.

Compus

Baza membranei celulare este un strat bimolecular. Datorită continuității sale, celula are proprietăți de barieră și mecanice. În diferite etape ale vieții, acest strat dublu poate fi perturbat. Ca rezultat, se formează defecte structurale ale porilor hidrofili. În acest caz, absolut toate funcțiile unei astfel de componente precum membrana celulară se pot schimba. Miezul poate suferi de influențe externe.

Proprietăți

Membrana celulară a unei celule are caracteristici interesante. Datorită fluidității sale, această membrană nu este o structură rigidă, iar cea mai mare parte a proteinelor și lipidelor care o alcătuiesc se mișcă liber pe planul membranei.

În general, membrana celulară este asimetrică, astfel încât compoziția straturilor de proteine ​​și lipide diferă. Membranele plasmatice din celulele animale, pe partea lor exterioară, au un strat de glicoproteină care îndeplinește funcții de receptor și de semnalizare și, de asemenea, joacă un rol important în procesul de combinare a celulelor în țesut. Membrana celulară este polară, adică sarcina din exterior este pozitivă, iar sarcina din interior este negativă. În plus față de toate cele de mai sus, membrana celulară are o perspectivă selectivă.

Aceasta înseamnă că, pe lângă apă, doar un anumit grup de molecule și ioni de substanțe dizolvate sunt permise în celulă. Concentrația unei substanțe precum sodiul în majoritatea celulelor este mult mai mică decât în Mediul extern. Ionii de potasiu au un raport diferit: cantitatea lor în celulă este mult mai mare decât în mediu inconjurator. În acest sens, ionii de sodiu tind să pătrundă în membrana celulară, iar ionii de potasiu tind să fie eliberați în exterior. În aceste condiții, membrana se activează sistem special, care îndeplinește un rol de „pompare”, nivelând concentrația de substanțe: ionii de sodiu sunt pompați la suprafața celulei, iar ionii de potasiu sunt pompați în interior. Această caracteristică este una dintre cele mai importante funcții ale membranei celulare.

Această tendință a ionilor de sodiu și potasiu de a se deplasa spre interior de la suprafață joacă un rol important în transportul zahărului și a aminoacizilor în celulă. În procesul de îndepărtare activă a ionilor de sodiu din celulă, membrana creează condiții pentru noi aporturi de glucoză și aminoacizi în interior. Dimpotrivă, în procesul de transfer al ionilor de potasiu în celulă, numărul de „transportatori” de produse de degradare din interiorul celulei în mediul extern este completat.

Cum are loc nutriția celulară prin membrana celulară?

Multe celule preiau substanțe prin procese precum fagocitoza și pinocitoza. Cu prima variantă de flexibil membrana exterioară se creează o mică depresiune în care ajunge particula capturată. Diametrul adânciturii devine apoi mai mare până când particula închisă intră în citoplasma celulară. Prin fagocitoză sunt hrănite unele protozoare, precum amibele, precum și celule sanguine - leucocite și fagocite. În mod similar, celulele absorb lichidul, care conține nutrienții necesari. Acest fenomen se numește pinocitoză.

Membrana exterioară este strâns legată de reticulul endoplasmatic al celulei.

Multe tipuri de componente principale ale țesutului au proeminențe, pliuri și microvilozități pe suprafața membranei. Celulele vegetale din exteriorul acestei învelișuri sunt acoperite cu o alta, groasă și clar vizibilă la microscop. Fibra din care sunt compuse ajută la formarea suportului tisular origine vegetală, de exemplu, lemnul. Celulele animale au, de asemenea, o serie de structuri externe care stau deasupra membranei celulare. Ele sunt exclusiv de natură protectoare, un exemplu în acest sens este chitina conținută în celulele tegumentare ale insectelor.

Pe lângă membrana celulară, există o membrană intracelulară. Funcția sa este de a împărți celula în mai multe compartimente închise specializate - compartimente sau organite, unde trebuie menținut un anumit mediu.

Astfel, este imposibil de supraestimat rolul unei astfel de componente a unității de bază a unui organism viu precum membrana celulară. Structura și funcțiile sugerează o extindere semnificativă a suprafeței totale a celulei, îmbunătățire procesele metabolice. Această structură moleculară este formată din proteine ​​și lipide. Separând celula de mediul extern, membrana îi asigură integritatea. Cu ajutorul lui, conexiunile intercelulare sunt menținute la un nivel destul de puternic, formând țesuturi. În acest sens, putem concluziona că membrana celulară joacă unul dintre cele mai importante roluri în celulă. Structura și funcțiile îndeplinite de acesta diferă radical în diferite celule, în funcție de scopul lor. Prin aceste caracteristici se realizează o varietate de activități fiziologice ale membranelor celulare și rolurile acestora în existența celulelor și țesuturilor.

Citoplasma- o parte obligatorie a celulei, închisă între membrana plasmatică și nucleu; se împarte în hialoplasmă (substanța principală a citoplasmei), organite (componente permanente ale citoplasmei) și incluziuni (componente temporare ale citoplasmei). Compoziția chimică a citoplasmei: baza este apa (60-90% din masa totală a citoplasmei), diverși compuși organici și anorganici. Citoplasma are o reacție alcalină. Caracteristică citoplasma unei celule eucariote - mișcare constantă ( cicloza). Este detectată în primul rând prin mișcarea organelelor celulare, cum ar fi cloroplastele. Dacă mișcarea citoplasmei se oprește, celula moare, deoarece doar fiind în mișcare constantă își poate îndeplini funcțiile.

Hialoplasma ( citosol) este o soluție coloidală incoloră, lipicioasă, groasă și transparentă. În ea au loc toate procesele metabolice, asigură interconectarea nucleului și a tuturor organitelor. În funcție de predominanța părții lichide sau a moleculelor mari în hialoplasmă, se disting două forme de hialoplasmă: sol- hialoplasma mai lichida si gel- hialoplasmă mai groasă. Sunt posibile tranziții reciproce între ele: gelul se transformă într-un sol și invers.

Funcțiile citoplasmei:

1. combinând toate componentele celulei într-un singur sistem,
2. mediu pentru trecerea multor procese biochimice și fiziologice,
3. mediu pentru existenţa şi funcţionarea organelelor.

Membrane celulare

Membrane celulare limitează celulele eucariote. În fiecare membrană celulară se pot distinge cel puțin două straturi. Stratul interior este adiacent citoplasmei și este reprezentat de membrană plasmatică(sinonime - plasmalema, membrana celulara, membrana citoplasmatica), peste care se formeaza stratul exterior. Într-o celulă animală este subțire și se numește glicocalix(format din glicoproteine, glicolipide, lipoproteine), într-o celulă vegetală - groasă, numită perete celular(format din celuloză).

Toate membranele biologice au caracteristici și proprietăți structurale comune. În prezent este general acceptat model mozaic fluid al structurii membranei. Baza membranei este un strat dublu lipidic format în principal din fosfolipide. Fosfolipidele sunt trigliceride în care un rest de acid gras este înlocuit cu un rest de acid fosforic; Secțiunea moleculei care conține restul de acid fosforic se numește cap hidrofil, secțiunile care conțin reziduurile de acizi grași sunt numite cozi hidrofobe. În membrană, fosfolipidele sunt dispuse într-o manieră strict ordonată: cozile hidrofobe ale moleculelor se confruntă unele cu altele, iar capetele hidrofile sunt orientate spre exterior, spre apă.

Pe lângă lipide, membrana conține proteine ​​(în medie ≈ 60%). Ele determină majoritatea funcțiilor specifice ale membranei (transportul anumitor molecule, cataliza reacțiilor, primirea și transformarea semnalelor din mediu etc.). Există: 1) proteinele periferice(situat pe suprafața exterioară sau interioară a stratului dublu lipidic), 2) proteine ​​semi-integrale(cufundat în stratul dublu lipidic la adâncimi diferite), 3) proteine ​​integrale sau transmembranare(perforați membrana, contactând atât mediul extern cât și cel intern al celulei). Proteinele integrale sunt, în unele cazuri, numite proteine ​​care formează canale sau canale, deoarece pot fi considerate canale hidrofile prin care moleculele polare trec în celulă (componenta lipidică a membranei nu le-ar lăsa să treacă).

A - cap fosfolipidic hidrofil; B - cozi de fosfolipide hidrofobe; 1 - regiuni hidrofobe ale proteinelor E si F; 2 — regiuni hidrofile ale proteinei F; 3 - catenă oligozaharidă ramificată atașată la o lipidă dintr-o moleculă de glicolipide (glicolipidele sunt mai puțin frecvente decât glicoproteinele); 4 - lanț oligozaharidic ramificat atașat la o proteină dintr-o moleculă de glicoproteină; 5 - canal hidrofil (funcționează ca un por prin care pot trece ionii și unele molecule polare).

Membrana poate conține carbohidrați (până la 10%). Componenta glucidica a membranelor este reprezentata de lanturi de oligozaharide sau polizaharide asociate cu molecule proteice (glicoproteine) sau lipide (glicolipide). Carbohidrații sunt localizați în principal pe suprafața exterioară a membranei. Carbohidrații asigură funcții de receptor ale membranei. În celulele animale, glicoproteinele formează un complex supramembranar, glicocalixul, care are o grosime de câteva zeci de nanometri. Conține mulți receptori celulari, iar cu ajutorul ei are loc aderența celulară.

Moleculele de proteine, carbohidrați și lipide sunt mobile, capabile să se deplaseze în planul membranei. Grosimea membranei plasmatice este de aproximativ 7,5 nm.

Funcțiile membranelor

Membranele îndeplinesc următoarele funcții:

1. separarea conținutului celular de mediul extern,
2. reglarea metabolismului dintre celulă și mediu,
3. împărțirea celulei în compartimente („compartimente”),
4. locul de localizare a „conveioarelor enzimatice”,
5. asigurarea comunicării între celulele din țesuturile organismelor multicelulare (adeziune),
6. recunoașterea semnalului.

Cel mai important proprietatea membranei— permeabilitatea selectivă, de ex. membranele sunt foarte permeabile la unele substanțe sau molecule și slab permeabile (sau complet impermeabile) la altele. Această proprietate stă la baza funcției de reglare a membranelor, asigurând schimbul de substanțe între celulă și mediul extern. Procesul de trecere a substanțelor prin membrana celulară se numește transport de substante. Există: 1) transport pasiv- procesul de trecere a substanțelor fără consum de energie; 2) transport activ- procesul de trecere a substanțelor care are loc odată cu cheltuirea energiei.

La transport pasiv substanțele se deplasează dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de mai mică, adică de-a lungul gradientului de concentrație. În orice soluție există molecule de solvent și dizolvat. Procesul de mișcare a moleculelor de dizolvat se numește difuzie, iar mișcarea moleculelor de solvent se numește osmoză. Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat și de gradientul electric. Prin urmare, oamenii vorbesc adesea despre un gradient electrochimic, combinând ambii gradienți împreună. Viteza de transport depinde de mărimea gradientului.

Puteți selecta următoarele tipuri transport pasiv: 1) difuzie simplă— transportul substanțelor direct prin stratul dublu lipidic (oxigen, dioxid de carbon); 2) difuzia prin canalele membranare— transport prin proteine ​​care formează canale (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) difuzie facilitată- transportul de substanțe folosind proteine ​​speciale de transport, fiecare dintre acestea fiind responsabilă de mișcarea anumitor molecule sau grupe de molecule înrudite (glucoză, aminoacizi, nucleotide); 4) osmoză— transportul moleculelor de apă (în toate sistemele biologice solventul este apa).

Necesitate transport activ apare atunci când este necesar să se asigure transportul moleculelor printr-o membrană împotriva unui gradient electrochimic. Acest transport este realizat de proteine ​​transportoare speciale, a căror activitate necesită cheltuieli de energie. Sursa de energie sunt moleculele de ATP. Transportul activ include: 1) pompa Na + /K + (pompa sodiu-potasiu), 2) endocitoza, 3) exocitoza.

Funcționarea pompei Na + /K +. Pentru funcționarea normală, celula trebuie să mențină un anumit raport de ioni K + și Na + în citoplasmă și în mediul extern. Concentrația de K + în interiorul celulei ar trebui să fie semnificativ mai mare decât în ​​afara acesteia și Na + - invers. Trebuie remarcat faptul că Na + și K + pot difuza liber prin porii membranei. Pompa Na + /K + contracarează egalizarea concentrațiilor acestor ioni și pompează activ Na + din celulă și K + în celulă. Pompa Na + /K + este o proteină transmembranară capabilă de modificări conformaționale, în urma cărora se poate atașa atât K + cât și Na +. Ciclul pompei Na + /K + poate fi împărțit în următoarele faze: 1) adăugarea de Na + din interiorul membranei, 2) fosforilarea proteinei pompei, 3) eliberarea de Na + în spațiul extracelular, 4) adăugarea de K + din exteriorul membranei, 5) defosforilarea proteinei pompei, 6) eliberarea de K + în spațiul intracelular. Aproape o treime din toată energia necesară pentru funcționarea celulelor este cheltuită pentru funcționarea pompei de sodiu-potasiu. Într-un ciclu de funcționare, pompa pompează 3Na + din celulă și pompează în 2K +.

Endocitoza- procesul de absorbție a particulelor mari și a macromoleculelor de către celulă. Există două tipuri de endocitoză: 1) fagocitoză- captarea și absorbția particulelor mari (celule, părți de celule, macromolecule) și 2) pinocitoza— captarea și absorbția materialului lichid (soluție, soluție coloidală, suspensie). Fenomenul de fagocitoză a fost descoperit de I.I. Mechnikov în 1882. În timpul endocitozei, membrana plasmatică formează o invaginare, marginile ei se îmbină, iar structurile delimitate de citoplasmă de o singură membrană sunt împletite în citoplasmă. Multe protozoare și unele leucocite sunt capabile de fagocitoză. Pinocitoza se observă în celulele epiteliale intestinale și în endoteliul capilarelor sanguine.

exocitoză- un proces invers la endocitoză: îndepărtarea diferitelor substanțe din celulă. În timpul exocitozei, membrana veziculei se contopește cu membrana citoplasmatică exterioară, conținutul veziculei este îndepărtat în afara celulei, iar membrana sa este inclusă în membrana citoplasmatică exterioară. În acest fel, hormonii sunt îndepărtați din celulele glandelor endocrine; în protozoare, resturile alimentare nedigerate sunt îndepărtate.

Mergi la cursurile nr. 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară”

Mergi la cursurile nr. 7„Celula eucariotă: structura și funcțiile organelelor”

Membrana celulara

Imaginea unei membrane celulare. Bilele mici albastre și albe corespund „capetelor” hidrofobe ale fosfolipidelor, iar liniile atașate acestora corespund „cozilor” hidrofile. Figura prezintă doar proteinele membranare integrale (globule roșii și elice galbene). Puncte ovale galbene în interiorul membranei - molecule de colesterol Lanțuri galben-verzui de margele pe exteriorul membranei - lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul

O membrană biologică include, de asemenea, diverse proteine: integrale (pătrund prin membrană), semi-integrale (cufundate la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior), suprafață (situată la exterior sau adiacent cu laturile interne membrane). Unele proteine ​​sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular (dacă există unul) în exterior. Unele dintre proteinele integrale funcționează ca canale ionice, diverși transportatori și receptori.

Funcții

• bariera - asigura metabolismul reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomală protejează citoplasma de peroxizii care sunt periculoși pentru celulă. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea membranei la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietăți chimice. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și aprovizionate cu substanțele necesare.
• transportul - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigura: livrarea nutrienți, îndepărtarea produșilor fini metabolici, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea concentrațiilor optime de ioni în celulă care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare.
  Particule care, din orice motiv, nu pot traversa stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, din cauza proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiunii lor mari), dar necesare celulei , poate pătrunde în membrană prin proteine ​​transportoare speciale (transportatori) și proteine ​​canale sau prin endocitoză.
  În transportul pasiv, substanțele traversează stratul dublu lipidic fără a consuma energie de-a lungul unui gradient de concentrație prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță.
  Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ionii de potasiu (K+) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na+) din ea.
• matrice - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora.
• mecanic - asigură autonomia celulei, structurile sale intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice, iar la animale, substanța intercelulară.
• energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, la care participă și proteinele;
• receptor - unele proteine ​​situate în membrană sunt receptori (molecule cu ajutorul cărora celula percepe anumite semnale).
  De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmitatori ( substanțe chimice, asigurând conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale ale celulelor țintă.
• enzimatice – proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.
• implementarea generarii si conducerii biopotentialelor.
  Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K+ în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na+ este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.
• marcarea celulelor - există antigene pe membrană care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.

Structura și compoziția biomembranelor

Membranele sunt compuse din trei clase de lipide: fosfolipide, glicolipide și colesterol. Fosfolipidele și glicolipidele (lipide cu carbohidrați atașați) constau din două cozi lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un cap hidrofil încărcat. Colesterolul confera rigiditate membranei prin ocuparea spatiului liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor si impiedicandu-le sa se indoaie. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, iar cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai fragile. Colesterolul servește și ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din celulă și în celulă. O parte importantă a membranei este formată din proteine ​​care o pătrund și sunt responsabile pentru diferitele proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor diferă în diferite membrane.

Membranele celulare sunt adesea asimetrice, adică straturile diferă în ceea ce privește compoziția lipidelor, tranziția unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip-flop) este dificil.

Organele membranare

Acestea sunt secțiuni închise unice sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la membrane duble - nucleu, mitocondrii, plastide. Structura membranelor diferitelor organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.

Permeabilitate selectivă

Membranele celulare au permeabilitate selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează lent prin ele, iar membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, dar altele nu. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită energie; ultimele două sunt procese active asociate cu consumul de energie.

Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine ​​integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care se reface potențialul de membrană. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.

Vezi si

Literatură

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - M.: Știință, 1994.
• Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistrat lipidic membrane biologice. - M.: Nauka, 1982.
• Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - M.: Editura Universității din Moscova, 2004. -

Exteriorul celulei este acoperit cu o membrană plasmatică (sau membrană celulară exterioară) de aproximativ 6-10 nm grosime.

Membrana celulară este o peliculă densă de proteine ​​și lipide (în principal fosfolipide). Moleculele de lipide sunt dispuse ordonat - perpendicular pe suprafata, in doua straturi, astfel incat partile lor care interactioneaza intens cu apa (hidrofile) sunt indreptate spre exterior, iar partile lor inerte fata de apa (hidrofobe) sunt indreptate spre interior.

Moleculele de proteine ​​sunt situate într-un strat necontinuu pe suprafața cadrului lipidic pe ambele părți. Unele dintre ele sunt scufundate în stratul lipidic, iar altele trec prin acesta, formând zone permeabile la apă. Aceste proteine ​​funcționează diverse funcții- unele dintre ele sunt enzime, altele sunt proteine ​​de transport implicate in transferul anumitor substante din mediu in citoplasma si in sens invers.

Funcțiile de bază ale membranei celulare

Una dintre principalele proprietăți ale membranelor biologice este permeabilitatea selectivă (semi-permeabilitatea)- unele substante trec cu dificultate prin ele, altele usor si chiar spre concentratii mai mari.Astfel, pentru majoritatea celulelor, concentratia ionilor de Na in interior este semnificativ mai mica decat in mediu. Relația opusă este tipică pentru ionii K: concentrația lor în interiorul celulei este mai mare decât în ​​exterior. Prin urmare, ionii Na tind întotdeauna să pătrundă în celulă, iar ionii K tind întotdeauna să iasă. Egalizarea concentrațiilor acestor ioni este împiedicată de prezența în membrană a unui sistem special care joacă rolul unei pompe, care pompează ionii de Na din celulă și pompează simultan ionii de K în interior.

Tendința ionilor de Na de a se deplasa din exterior în interior este folosită pentru a transporta zaharuri și aminoacizi în celulă. Odată cu îndepărtarea activă a ionilor de Na din celulă, sunt create condiții pentru intrarea glucozei și a aminoacizilor în ea.

În multe celule, substanțele sunt absorbite și prin fagocitoză și pinocitoză. La fagocitoză membrana exterioară flexibilă formează o mică depresiune în care cade particulele captate. Această adâncitură crește și, înconjurată de o secțiune a membranei exterioare, particula este scufundată în citoplasma celulei. Fenomenul de fagocitoză este caracteristic amibelor și altor protozoare, precum și leucocitelor (fagocite). Celulele absorb lichidele care conțin substanțe necesare celulei într-un mod similar. Acest fenomen a fost numit pinocitoza.

Membranele exterioare ale diferitelor celule diferă semnificativ în ambele compoziție chimică proteinele și lipidele lor și prin conținutul lor relativ. Aceste caracteristici determină diversitatea activității fiziologice a membranelor diferitelor celule și rolul lor în viața celulelor și țesuturilor.

Reticulul endoplasmatic al celulei este conectat la membrana exterioară. Cu ajutorul membranelor exterioare, se realizează diferite tipuri de contacte intercelulare, adică. comunicarea dintre celulele individuale.

Multe tipuri de celule se caracterizează prin prezența pe suprafața lor cantitate mare proeminențe, pliuri, microvilozități. Ele contribuie atât la creșterea semnificativă a suprafeței celulare, cât și la îmbunătățirea metabolismului, precum și la conexiuni mai puternice între celulele individuale și unele altele.

Celulele vegetale au membrane groase la exteriorul membranei celulare, clar vizibile la microscop optic, constând din fibre (celuloză). Ele creează un suport puternic pentru țesuturile vegetale (lemn).

Unele celule animale au, de asemenea, o serie de structuri externe situate deasupra membranei celulare și au o natură protectoare. Un exemplu este chitina celulelor tegumentare ale insectelor.

Funcțiile membranei celulare (pe scurt)