Imagine membrana celulara. Bilele mici, albastre și albe, corespund capetelor hidrofile ale lipidelor, iar liniile atașate acestora corespund cozilor hidrofobe. 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.

Funcțiile biomembranelor

• bariera - asigura metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediu inconjurator. 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 asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea pH-ului și concentrației ionice adecvate în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare.

Particule care din anumite motive nu sunt capabile să traverseze stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, datorită proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiunilor lor mari), dar necesare pentru celula, poate patrunde in membrana prin proteine ​​transportoare speciale (transportatori) si proteine ​​canale sau prin endocitoza.

În timpul transportului pasiv, substanțele traversează bistratul lipidic fără consum de energie, 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. Neurotransmițătorii (substanțe chimice care asigură conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale din celulele 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. Exteriorul celulei este delimitat de așa-numita membrană plasmatică. 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.

Legături

• Bruce Alberts și colab. Biologia moleculară a celulei. - a 5-a ed. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - manual de biologie moleculară în limba engleză. limba

• Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. . - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - Moscova: Editura Universității din Moscova, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - Moscova: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistratul lipidic al membranelor biologice. - Moscova: Știință, 1982.

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - Moscova: Știință, 1994.

Vezi si

• Vladimirov Yu. A., Deteriorarea componentelor membranelor biologice în timpul proceselor patologice

Fundația Wikimedia. 2010.

Membrana celulară exterioară (plasmalema, citolema, membrana plasmatică) a celulelor animale acoperit la exterior (adică pe partea care nu este în contact cu citoplasma) cu un strat de lanțuri de oligozaharide atașate covalent de proteinele membranei (glicoproteine) și într-o măsură mai mică de lipide (glicolipide). Acest înveliș cu membrană de carbohidrați se numește glicocalix. Scopul glicocalixului nu este încă foarte clar; se presupune că această structură ia parte la procesele de recunoaștere intercelulară.

În celulele vegetale Pe partea superioară a membranei celulare exterioare există un strat dens de celuloză cu pori, prin care comunicarea dintre celulele învecinate are loc prin punți citoplasmatice.

În celule ciuperci deasupra plasmalemei - un strat dens chitină.

U bacterii – mureina.

Proprietățile membranelor biologice

1. Capacitate de auto-asamblare după influenţe distructive. Această proprietate este determinată de proprietățile fizico-chimice ale moleculelor de fosfolipide, care într-o soluție apoasă se unesc astfel încât capetele hidrofile ale moleculelor se desfășoară spre exterior, iar capetele hidrofobe spre interior. Proteinele pot fi construite în straturi de fosfolipide gata făcute. Capacitatea de a se auto-asambla este importantă la nivel celular.

2. Semi-permeabil(selectivitatea în transmiterea ionilor și moleculelor). Asigură menținerea constantei compoziției ionice și moleculare în celulă.

3. Fluiditatea membranei. Membranele nu sunt structuri rigide; ele fluctuează în mod constant datorită mișcărilor de rotație și vibrație ale moleculelor de lipide și proteine. Acest lucru asigură o rată mai mare de procese enzimatice și alte procese chimice în membrane.

4. Fragmentele de membrană nu au capete libere, pe măsură ce se închid în bule.

Funcțiile membranei celulare exterioare (plasmalema)

Principalele funcții ale plasmalemei sunt următoarele: 1) barieră, 2) receptor, 3) schimb, 4) transport.

1. Funcția de barieră. Se exprimă prin faptul că membrana plasmatică limitează conținutul celulei, separând-o de mediul extern, iar membranele intracelulare împart citoplasma în celule de reacție separate. compartimente.

2. Funcția receptorului. Una dintre cele mai importante funcții ale plasmalemei este de a asigura comunicarea (conectarea) celulei cu Mediul extern prin aparatul receptor prezent în membrane, care este de natură proteică sau glicoproteică. Funcția principală a formațiunilor de receptor ale plasmalemei este recunoașterea semnalelor externe, datorită cărora celulele sunt orientate corect și formează țesuturi în timpul procesului de diferențiere. Funcția receptorului este asociată cu activitatea diferitelor sisteme de reglare, precum și cu formarea unui răspuns imun.

Funcția de schimb determinat de conținutul de proteine ​​enzimatice din membranele biologice, care sunt catalizatori biologici. Activitatea lor variază în funcție de pH-ul mediului, temperatură, presiune și concentrația atât a substratului, cât și a enzimei în sine. Enzimele determină intensitatea reacțiilor cheie metabolismul, precum și a acestora direcţie.

Funcția de transport a membranelor. Membrana permite pătrunderea selectivă a diferitelor substanțe chimice în celulă și din celulă în mediu. Transportul substanțelor este necesar pentru a menține pH-ul adecvat și concentrația ionică adecvată în celulă, ceea ce asigură eficiența enzimelor celulare. Rechizite de transport nutrienți, care servesc ca sursă de energie, precum și material pentru formarea diferitelor componente celulare. De aceasta depind eliminarea deșeurilor toxice din celulă, secreția diferitelor substanțe utile și crearea gradienților de ioni necesari activității nervoase și musculare.Modificările ratei de transfer a substanțelor pot duce la perturbări ale proceselor bioenergetice, apă-sare. metabolism, excitabilitate și alte procese. Corectarea acestor modificări stă la baza acțiunii multor medicamente.

Există două moduri principale prin care substanțele pot pătrunde în celulă și ieși din celulă în mediul extern;

transport pasiv,

transport activ.

Transport pasiv urmează un gradient de concentrație chimică sau electrochimică fără a consuma energie ATP. Dacă molecula substanței transportate nu are sarcină, atunci direcția transportului pasiv este determinată doar de diferența de concentrație a acestei substanțe pe ambele părți ale membranei (gradient de concentrație chimică). Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat atât de gradientul de concentrație chimică, cât și de gradientul electric (potențialul de membrană).

Ambii gradienți împreună constituie gradientul electrochimic. Transportul pasiv al substanțelor poate fi efectuat în două moduri: difuzie simplă și difuzie facilitată.

Cu difuzie simplă ionii de sare și apa pot pătrunde prin canale selective. Aceste canale sunt formate din anumite proteine ​​transmembranare care formează căi de transport end-to-end care sunt deschise permanent sau doar pentru o perioadă scurtă de timp. Pătrundeți prin canale selective diverse molecule, având dimensiunea și taxa corespunzătoare canalelor.

Există o altă modalitate de difuzie simplă - aceasta este difuzarea substanțelor prin stratul dublu lipidic, prin care trec cu ușurință substanțele solubile în grăsimi și apa. Bistratul lipidic este impermeabil la moleculele încărcate (ioni) și, în același timp, moleculele mici neîncărcate pot difuza liber, iar cu cât molecula este mai mică, cu atât este mai rapid transportată. Rata destul de mare de difuzie a apei prin stratul dublu lipidic este explicată precis de dimensiunea mică a moleculelor sale și de lipsa de încărcare.

Cu difuzie facilitată Transportul substanțelor implică proteine ​​- purtători care funcționează pe principiul „ping-pong”. Proteina există în două stări conformaționale: în starea „pong”, locurile de legare pentru substanța transportată sunt deschise pe exteriorul stratului dublu, iar în starea „ping”, aceleași situsuri sunt deschise pe cealaltă parte. Acest proces este reversibil. De ce parte va fi deschis locul de legare al unei substanțe la un moment dat depinde de gradientul de concentrație al acestei substanțe.

În acest fel, zaharurile și aminoacizii trec prin membrană.

Cu difuzia facilitată, viteza de transport a substanțelor crește semnificativ în comparație cu difuzia simplă.

În plus față de proteinele purtătoare, unele antibiotice sunt implicate în difuzia facilitată, de exemplu, gramicidina și valinomicina.

Deoarece asigură transportul ionilor, se numesc ionofori.

Transportul activ al substanțelor în celulă. Acest tip de transport costă întotdeauna energie. Sursa de energie necesară pentru transportul activ este ATP. O trăsătură caracteristică a acestui tip de transport este că se efectuează în două moduri:

folosind enzime numite ATPaze;

transport în ambalaj membranar (endocitoză).

ÎN Membrana celulară exterioară conține proteine ​​enzimatice, cum ar fi ATPaze, a căror funcţie este de a asigura transportul activ ioni față de un gradient de concentrație. Deoarece asigură transportul ionilor, acest proces se numește pompă ionică.

Există patru sisteme principale de transport ionic cunoscute în celulele animale. Trei dintre ele asigură transferul prin membranele biologice: Na + și K +, Ca +, H +, iar al patrulea - transferul de protoni în timpul funcționării lanțului respirator mitocondrial.

Un exemplu de mecanism activ de transport ionic este pompă de sodiu-potasiu în celulele animale. Menține o concentrație constantă de ioni de sodiu și potasiu în celulă, care diferă de concentrația acestor substanțe în mediu: în mod normal, în celulă există mai puțini ioni de sodiu decât în ​​mediu și mai mulți ioni de potasiu.

Drept urmare, conform legilor difuziei simple, potasiul tinde să părăsească celula, iar sodiul difuzează în celulă. Spre deosebire de difuzia simplă, pompa de sodiu-potasiu pompează constant sodiu din celulă și introduce potasiu: pentru fiecare trei molecule de sodiu eliberate, există două molecule de potasiu introduse în celulă.

Acest transport al ionilor de sodiu-potasiu este asigurat de ATPaza dependenta, o enzima localizata in membrana in asa fel incat sa patrunda in toata grosimea acesteia.Sodiul si ATP intră in aceasta enzima din interiorul membranei, iar potasiul din exterior.

Transferul de sodiu și potasiu prin membrană are loc ca urmare a modificărilor conformaționale pe care le suferă ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care este activată atunci când concentrația de sodiu în interiorul celulei sau de potasiu din mediu crește.

Pentru a furniza energie acestei pompe, este necesară hidroliza ATP. Acest proces este asigurat de aceeași enzimă, ATPaza dependentă de sodiu-potasiu. Mai mult, mai mult de o treime din ATP consumat de o celulă animală în repaus este cheltuită pentru funcționarea pompei de sodiu-potasiu.

Încălcarea bunei funcționări a pompei de sodiu-potasiu duce la diferite boli grave.

Eficiența acestei pompe depășește 50%, ceea ce nu este atins de cele mai avansate mașini create de om.

Multe sisteme de transport activ sunt alimentate de energia stocată în gradienți de ioni, mai degrabă decât de hidroliza directă a ATP. Toate lucrează ca sisteme de transport(promovarea transportului de compuși cu greutate moleculară mică). De exemplu, transportul activ al unor zaharuri și aminoacizi în celulele animale este determinat de un gradient de ioni de sodiu și cu cât este mai mare gradientul de ioni de sodiu, cu atât este mai mare rata de absorbție a glucozei. Și, invers, dacă concentrația de sodiu în spațiul intercelular scade semnificativ, transportul glucozei se oprește. În acest caz, sodiul trebuie să se alăture proteinei de transport a glucozei dependentă de sodiu, care are două locuri de legare: unul pentru glucoză, celălalt pentru sodiu. Ionii de sodiu care pătrund în celulă facilitează introducerea proteinei purtătoare în celulă împreună cu glucoza. Ionii de sodiu care intră în celulă împreună cu glucoza sunt pompați înapoi de către ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care, prin menținerea unui gradient de concentrație de sodiu, controlează indirect transportul glucozei.

Transportul substanțelor în ambalaje cu membrană. Moleculele mari de biopolimeri practic nu pot pătrunde prin plasmalemă prin oricare dintre mecanismele descrise mai sus de transport al substanțelor în celulă. Ele sunt capturate de celulă și absorbite în ambalajul membranei, care se numește endocitoza. Acesta din urmă este împărțit oficial în fagocitoză și pinocitoză. Absorbția de particule de către celulă este fagocitoză, și lichid - pinocitoza. În timpul endocitozei, se observă următoarele etape:

recepția substanței absorbite datorită receptorilor din membrana celulară;

invaginarea membranei cu formarea unei bule (vezicule);

separarea veziculei endocitare de membrană cu consum de energie – formarea fagozomilorși restabilirea integrității membranei;

Fuziunea fagozomului cu lizozomul și formarea fagolizozomi (vacuola digestivă) în care are loc digestia particulelor absorbite;

îndepărtarea materialului nedigerat în fagolizozom din celulă ( exocitoză).

În lumea animalelor endocitoza este într-un mod caracteristic nutriția multor organisme unicelulare (de exemplu, în amibe) și printre multe organisme celulare, acest tip de digestie a particulelor alimentare se găsește în celulele endodermice ale celenteratelor. În ceea ce privește mamiferele și oamenii, acestea au un sistem reticulo-histio-endotelial de celule cu capacitate de endocitoză. Exemplele includ leucocitele din sânge și celulele Kupffer hepatice. Acestea din urmă căptuiesc așa-numitele capilare sinusoidale ale ficatului și captează diferite particule străine suspendate în sânge. exocitoză- Aceasta este, de asemenea, o metodă de îndepărtare din celula unui organism multicelular a substratului secretat de acesta, care este necesar pentru funcționarea altor celule, țesuturi și organe.

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)

Are o grosime de 8-12 nm, deci este imposibil să-l examinezi cu un microscop cu lumină. Structura membranei este studiată cu ajutorul unui microscop electronic.

Membrana plasmatică este formată din două straturi de lipide - un strat bilipid sau dublu strat. Fiecare moleculă este alcătuită dintr-un cap hidrofil și o coadă hidrofobă, iar în membranele biologice lipidele sunt localizate cu capul în afară și cozile în interior.

Numeroase molecule de proteine ​​sunt scufundate în stratul bilipid. Unele dintre ele sunt situate pe suprafața membranei (externă sau internă), altele pătrund în membrană.

Funcțiile membranei plasmatice

Membrana protejează conținutul celulei de deteriorare, menține forma celulei, permite selectiv substanțele necesare în celulă și elimină produsele metabolice și asigură, de asemenea, comunicarea între celule.

Funcția de barieră, delimitare a membranei este asigurată de un strat dublu de lipide. Împiedică răspândirea conținutului celulei, amestecarea cu mediul sau fluidul intercelular și împiedică pătrunderea substanțelor periculoase în celulă.

Un număr dintre cele mai importante funcții ale membranei citoplasmatice sunt îndeplinite de proteinele scufundate în ea. Cu ajutorul proteinelor receptorilor, poate percepe diverse iritații pe suprafața sa. Proteinele de transport formează cele mai fine canale prin care potasiul, calciul și alți ioni de diametru mic trec în și din celulă. Proteinele asigură procese vitale în organismul însuși.

Particulele mari de alimente care nu pot trece prin canalele subțiri ale membranei intră în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. Denumirea generală a acestor procese este endocitoză.

Cum apare endocitoza - pătrunderea particulelor mari de alimente în celulă?

Particula alimentară intră în contact cu membrana exterioară a celulei și în acest punct se formează o invaginare. Apoi, particula, înconjurată de o membrană, intră în celulă, se formează o veziculă digestivă, iar enzimele digestive pătrund în vezicula rezultată.

Globulele albe care pot capta și digera bacteriile străine se numesc fagocite.

În cazul pinocitozei, invaginarea membranei nu captează particule solide, ci picături de lichid cu substanțe dizolvate în ea. Acest mecanism este una dintre principalele căi prin care substanțele pătrund în celulă.

Celulele vegetale acoperite cu un strat dur de perete celular deasupra membranei nu sunt capabile de fagocitoză.

Procesul invers al endocitozei este exocitoza. Substanțele sintetizate (de exemplu, hormonii) sunt ambalate în vezicule membranare, se apropie de membrană, sunt încorporate în ea, iar conținutul veziculei este eliberat din celulă. În acest fel, celula poate scăpa de produsele metabolice inutile.

Scurta descriere:

Sazonov V.F. 1_1 Structura membranei celulare [Resursa electronică] // Kinesiolog, 2009-2018: [site web]. Data actualizării: 02/06/2018..__.201_). _Se descrie structura si functionarea membranei celulare (sinonime: plasmalema, plasmalema, biomembrana, membrana celulara, membrana celulara exterioara, membrana celulara, membrana citoplasmatica). Această informație inițială este necesară atât pentru citologie, cât și pentru înțelegerea proceselor activității nervoase: excitație nervoasă, inhibiție, funcționarea sinapselor și a receptorilor senzoriali.

Membrana celulara (plasma) A lemă sau plasmă O lema)

Definiția conceptului

Membrana celulară (sinonime: plasmalemă, plasmalemă, membrană citoplasmatică, biomembrană) este o membrană triplă lipoproteică (adică „proteină grăsime”) care separă celula de mediu și realizează schimburi controlate și comunicare între celulă și mediul ei.

Principalul lucru în această definiție nu este că membrana separă celula de mediu, ci tocmai aceasta conectează celula cu mediul. Membrana este activ structura celulei, funcționează în mod constant.

O membrană biologică este o peliculă bimoleculară ultrasubțire de fosfolipide încrustate cu proteine ​​și polizaharide. Această structură celulară stă la baza proprietăților de barieră, mecanice și de matrice ale unui organism viu (Antonov V.F., 1996).

O reprezentare figurativă a unei membrane

Pentru mine, membrana celulară arată ca un gard zăbrele cu multe uși în ea, care înconjoară un anumit teritoriu. Orice creatură vie mică se poate mișca liber înainte și înapoi prin acest gard. Dar vizitatorii mai mari pot intra doar prin uși și chiar și atunci nu pe toate ușile. Diferiții vizitatori au cheile doar la propriile uși și nu pot trece prin ușile altora. Deci, prin acest gard există în mod constant fluxuri de vizitatori înainte și înapoi, deoarece funcția principală a gardului cu membrană este dublă: separarea teritoriului de spațiul înconjurător și, în același timp, conectarea acestuia cu spațiul înconjurător. Acesta este motivul pentru care există multe găuri și uși în gard - !

Proprietățile membranei

1. Permeabilitatea.

2. Semi-permeabilitate (permeabilitate parțială).

3. Permeabilitatea selectivă (sinonim: selectivă).

4. Permeabilitatea activă (sinonim: transport activ).

5. Permeabilitatea controlată.

După cum puteți vedea, principala proprietate a unei membrane este permeabilitatea acesteia la diferite substanțe.

6. Fagocitoza si pinocitoza.

7. Exocitoză.

8. Prezența potențialelor electrice și chimice, sau mai degrabă diferența de potențial dintre părțile interioare și exterioare ale membranei. Figurat putem spune că „membrana transformă celula într-o „baterie electrică” prin controlul fluxurilor ionice”. Detalii: .

9. Modificări ale potențialului electric și chimic.

10. Iritabilitate. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot conecta cu substanțe de semnalizare (control), în urma cărora starea membranei și a întregii celule se poate schimba. Receptorii moleculari declanșează reacții biochimice ca răspuns la conectarea liganzilor (substanțe de control) cu ei. Este important de menționat că substanța de semnalizare acționează asupra receptorului din exterior, iar modificările continuă în interiorul celulei. Se pare că membrana a transferat informații din mediu în mediul intern al celulei.

11. Activitate enzimatică catalitică. Enzimele pot fi încorporate în membrană sau asociate cu suprafața acesteia (atât în ​​interiorul, cât și în exteriorul celulei), iar acolo își desfășoară activitățile enzimatice.

12. Modificarea formei suprafeței și a zonei acesteia. Acest lucru permite membranei să formeze excrescențe spre exterior sau, dimpotrivă, invaginări în celulă.

13. Capacitatea de a forma contacte cu alte membrane celulare.

14. Aderență - capacitatea de a se lipi de suprafețe dure.

Scurtă listă a proprietăților membranei

• Permeabilitate.
• Endocitoză, exocitoză, transcitoză.
• Potenţiale.
• Iritabilitate.
• Activitatea enzimatică.
• Contacte.
• Adeziune.

Funcțiile membranei

1. Izolarea incompletă a conținutului intern de mediul extern.

2. Principalul lucru în funcționarea membranei celulare este schimb valutar variat substante între celulă și mediul intercelular. Acest lucru se datorează proprietății membranei de permeabilitate. În plus, membrana reglează acest schimb reglându-i permeabilitatea.

3. O altă funcție importantă a membranei este creând o diferență de potențial chimic și electric între laturile sale interioare și exterioare. Din acest motiv, interiorul celulei are un potențial electric negativ - .

4. Membrana efectueaza si ea schimb de informatii între celulă și mediul ei. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot lega de substanțe de control (hormoni, mediatori, modulatori) și declanșează reacții biochimice în celulă, ducând la diferite modificări în funcționarea celulei sau în structurile acesteia.

Video:Structura membranei celulare

Preluare video:Detalii despre structura și transportul membranei

Structura membranei

Membrana celulară are un universal trei straturi structura. Stratul său mijlociu de grăsime este continuu, iar straturile superioare și inferioare de proteine ​​îl acoperă sub forma unui mozaic de zone proteice separate. Stratul de grasime este baza care asigura izolarea celulei de mediu, izoland-o de mediu. Prin ea însăși, permite trecerea foarte slabă a substanțelor solubile în apă, dar permite trecerea cu ușurință a substanțelor solubile în grăsimi. Prin urmare, permeabilitatea membranei pentru substanțele solubile în apă (de exemplu, ioni) trebuie să fie asigurată de structuri proteice speciale - și.

Mai jos sunt micrografii ale membranelor celulare reale ale celulelor în contact obținute cu ajutorul unui microscop electronic, precum și un desen schematic care arată structura în trei straturi a membranei și natura mozaic a straturilor sale de proteine. Pentru a mări imaginea, faceți clic pe ea.

O imagine separată a stratului interior de lipide (grăsime) al membranei celulare, pătruns cu proteine ​​integrate. Straturile de proteine ​​de sus și de jos au fost îndepărtate pentru a nu interfera cu vizualizarea stratului dublu lipidic

Figura de mai sus: Reprezentare schematică parțială a unei membrane celulare (membrană celulară), dată pe Wikipedia.

Vă rugăm să rețineți că straturile de proteine ​​​​exterioare și interioare au fost îndepărtate din membrană aici, astfel încât să putem vedea mai bine stratul central de lipide gras. Într-o membrană celulară reală, „insule” mari de proteine ​​plutesc deasupra și dedesubtul filmului gras (bile mici în figură), iar membrana se dovedește a fi mai groasă, cu trei straturi: proteină-grăsime-proteină . Deci este de fapt ca un sandviș din două „bucăți de pâine” proteice cu un strat gras de „unt” în mijloc, adică. are o structură cu trei straturi, nu una cu două straturi.

În această imagine, bilele mici de culoare albastră și albă corespund „capetelor” hidrofile (umezicabile) ale lipidelor, iar „șinurile” atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe (neumezibile). Dintre proteine, sunt prezentate numai proteinele membranare integrale de la capăt la capăt (globule roșii și elice galbene). Punctele ovale galbene din interiorul membranei sunt molecule de colesterol. Lanțurile galben-verzui de margele de pe exteriorul membranei sunt lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul. Un glicocalix este un fel de carbohidrați („zahăr”) „puf” pe o membrană, format din molecule lungi de carbohidrați-proteine ​​care ies din ea.

Viața este un mic „sac proteic-grăsimi” plin cu conținut semi-lichid asemănător jeleului, care este pătruns cu filme și tuburi.

Pereții acestui sac sunt formați dintr-un film dublu gras (lipidic), acoperit în interior și în exterior cu proteine ​​- membrana celulară. Prin urmare ei spun că membrana are structura cu trei straturi : proteine-grăsimi-proteine. În interiorul celulei există și multe membrane grase similare care o împart spațiu interior la compartimente. Aceleași membrane înconjoară organelele celulare: nucleu, mitocondrii, cloroplaste. Deci membrana este o structură moleculară universală comună tuturor celulelor și tuturor organismelor vii.

În stânga nu mai este un model real, ci artificial al unei piese membrana biologica: Acesta este un instantaneu al unui strat dublu de fosfolipide grase (adică dublu strat) în timpul simulării dinamicii sale moleculare. Se arată celula de calcul a modelului - 96 de molecule PC ( f osfatidil X olina) și 2304 molecule de apă, pentru un total de 20544 atomi.

În dreapta este un model vizual al unei singure molecule a aceleiași lipide din care este asamblat stratul dublu lipidic al membranei. În partea de sus are un cap hidrofil (iubitor de apă), iar în partea de jos sunt două cozi hidrofobe (teme de apă). Această lipidă are o denumire simplă: 1-steroil-2-docosahexaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilcolină (18:0/22:6(n-3)cis PC), dar nu trebuie să o amintiți decât dacă nu vă plănuiești să-ți faci profesorul să leșine cu profunzimea cunoștințelor tale.

O definiție științifică mai precisă a unei celule poate fi dată:

este un sistem ordonat, structurat, eterogen de biopolimeri delimitați de o membrană activă, participând la un singur set de procese metabolice, energetice și informaționale și, de asemenea, menținând și reproducând întregul sistem ca întreg.

În interiorul celulei este pătruns și cu membrane, iar între membrane nu este apă, ci un gel/sol vâscos de densitate variabilă. Prin urmare, moleculele care interacționează într-o celulă nu plutesc liber, ca într-o eprubetă cu o soluție apoasă, ci în mare parte stau (imobilizate) pe structurile polimerice ale citoscheletului sau membranelor intracelulare. Și, prin urmare, reacțiile chimice au loc în interiorul celulei aproape ca într-un solid, mai degrabă decât într-un lichid. Membrana exterioară din jurul celulei este, de asemenea, căptușită cu enzime și receptori moleculari, ceea ce o face o parte foarte activă a celulei.

Membrana celulară (plasmalema, plasmolema) este o membrană activă care separă celula de mediu și o conectează cu mediul. © Sazonov V.F., 2016.

Din această definiție a unei membrane rezultă că nu numai că limitează celula, dar lucrează activ, conectându-l cu mediul său.

Grăsimea care alcătuiește membranele este specială, așa că moleculele sale sunt de obicei numite nu doar grăsime, ci „lipide”, „fosfolipide”, „sfingolipide”. Filmul membranar este dublu, adică este format din două filme lipite împreună. Prin urmare, în manuale ei scriu că baza membranei celulare constă din două straturi lipidice (sau " dublu strat", adică un strat dublu). Pentru fiecare strat lipidic individual, o parte poate fi umezită cu apă, dar cealaltă nu poate. Așadar, aceste filme se lipesc una de cealaltă exact cu părțile lor neumezibile.

Membrana de bacterii

Peretele celular procariot al bacteriilor gram-negative este format din mai multe straturi, prezentate în figura de mai jos.
Straturi ale învelișului bacteriilor gram-negative:
1. Membrană citoplasmatică internă cu trei straturi, care este în contact cu citoplasma.
2. Peretele celular, care constă din mureină.
3. Membrana citoplasmatică exterioară cu trei straturi, care are același sistem de lipide cu complexe proteice ca și membrana interioară.
Comunicarea celulelor bacteriene gram-negative cu lumea de afara printr-o structură atât de complexă în trei etape nu le oferă un avantaj în supraviețuirea în condiții dure în comparație cu bacteriile gram-pozitive care au o înveliș mai puțin puternică. Ei nu o suportă la fel de bine temperaturi mari, aciditate crescută și modificări de presiune.

Preluare video:Membrană plasmatică. E.V. Cheval, Ph.D.

Preluare video:Membrană ca limită celulară. A. Ilyaskin

Importanța canalelor ionice membranare

Este ușor de înțeles că numai substanțele liposolubile pot pătrunde în celulă prin pelicula de grăsime membranară. Acestea sunt grăsimi, alcooli, gaze. De exemplu, în celulele roșii din sânge, oxigenul și dioxidul de carbon trec cu ușurință în interior și în afara direct prin membrană. Dar apa și substanțele solubile în apă (de exemplu, ionii) pur și simplu nu pot trece prin membrană în nicio celulă. Aceasta înseamnă că necesită găuri speciale. Dar dacă faci doar o gaură în filmul gras, acesta se va închide imediat înapoi. Ce să fac? S-a găsit o soluție în natură: este necesar să se facă structuri speciale de transport de proteine ​​și să le întindă prin membrană. Exact așa se formează canalele pentru trecerea substanțelor insolubile în grăsimi - canale ionice ale membranei celulare.

Deci, pentru a-ți da membrana proprietăți suplimentare permeabilitate la moleculele polare (ioni și apă), celula sintetizează proteine ​​speciale în citoplasmă, care sunt apoi integrate în membrană. Ele vin în două tipuri: proteine ​​de transport (de exemplu, transport ATPaze) și proteine ​​care formează canale (constructori de canale). Aceste proteine ​​sunt înglobate în stratul dublu gras al membranei și formează structuri de transport sub formă de transportoare sau sub formă de canale ionice. Prin aceste structuri de transport pot trece acum diverse substanțe solubile în apă care altfel nu pot trece prin pelicula membranei grase.

În general, proteinele înglobate în membrană se mai numesc integrală, tocmai pentru că par a fi incluse în membrană și pătrund prin aceasta. Alte proteine, neintegrale, formează insule, așa cum ar fi, „plutind” pe suprafața membranei: fie pe suprafața ei exterioară, fie pe suprafața sa interioară. La urma urmei, toată lumea știe că grăsimea este un lubrifiant bun și că este ușor să aluneci peste ea!

concluzii

1. În general, membrana se dovedește a fi cu trei straturi:

1) stratul exterior de „insule” de proteine

2) „mare” cu două straturi grase (bistrat lipidic), adică film dublu lipidic,

3) un strat interior de „insule” proteice.

Dar există și un strat exterior liber - glicocalixul, care este format din glicoproteinele care ies din membrană. Sunt receptori moleculari de care se leagă substanțele de control al semnalizării.

2. Structuri speciale de proteine ​​sunt construite în membrană, asigurându-i permeabilitatea la ioni sau alte substanțe. Nu trebuie să uităm că, în unele locuri, marea de grăsime este pătrunsă în întregime cu proteine ​​integrale. Și proteinele integrale sunt cele care se formează speciale structuri de transport membrana celulară (vezi secțiunea 1_2 Mecanisme de transport prin membrană). Prin ele, substanțele pătrund în celulă și sunt, de asemenea, îndepărtate din celulă spre exterior.

3. Pe orice parte a membranei (exterioară și interioară), precum și în interiorul membranei, pot fi localizate proteine ​​enzimatice, care afectează atât starea membranei în sine, cât și viața întregii celule.

Deci, membrana celulară este o structură activă, variabilă, care funcționează activ în interesul întregii celule și o conectează cu lumea exterioară și nu este doar o „înveliș protector”. Acesta este cel mai important lucru pe care trebuie să-l știți despre membrana celulară.

În medicină, proteinele membranare sunt adesea folosite ca „ținte” pentru medicamente. Astfel de ținte includ receptori, canale ionice, enzime și sisteme de transport. ÎN În ultima vreme Pe lângă membrană, genele ascunse în nucleul celulei devin și ținte pentru medicamente.

Video:Introducere în biofizica membranei celulare: Structura membranei 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Istoria, structura și funcțiile membranei celulare: Structura membranei 2 (Vladimirov Yu.A.)

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