Реклама в портала

Защо мембраната се нарича универсална структурна единица на клетката? Клетъчната мембрана: нейната структура и функция. Функции на външната мембрана на клетката

Кратко описание:

Сазонов В.Ф. 1_1 Структурата на клетъчната мембрана [Електронен ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [сайт]. Актуализирана дата: 06.02.2018 г. ..__. 201_). _ Описана е структурата и функционирането на клетъчната мембрана (синоними: плазмалема, плазмолема, биомембрана, клетъчна мембрана, външна клетъчна мембрана, клетъчна мембрана, цитоплазмена мембрана). Тази първоначална информация е необходима както за цитологията, така и за разбиране на процесите на нервна дейност: нервно възбуждане, инхибиране, работата на синапсите и сензорните рецептори.

Клетъчна мембрана (плазма алема или плазма Олема)

Определение на понятието

Клетъчната мембрана (синоними: плазмалема, плазмолема, цитоплазмена мембрана, биомембрана) е тройна липопротеинова (т.е. "мастно-протеинова") мембрана, която отделя клетката от околната среда и осъществява контролиран обмен и комуникация между клетката и околната среда.

Основното в това определение не е, че мембраната отделя клетката от околната среда, а точно това тя свързва клетка с околната среда. Мембраната е активен структурата на клетката, тя постоянно работи.

Биологичната мембрана е ултратънък бимолекулен филм от фосфолипиди, инкрустиран с протеини и полизахариди. Тази клетъчна структура е в основата на бариерните, механичните и матричните свойства на живия организъм (Антонов В.Ф., 1996).

Образно представяне на мембраната

За мен клетъчната мембрана изглежда като решетъчна ограда с много врати в нея, която заобикаля определена територия. Всяко малко живо същество може свободно да се движи напред -назад през тази ограда. Но по -големите посетители могат да влязат само през вратите и дори тогава не всички. Различните посетители имат ключове само за собствените си врати и не могат да преминат през вратите на други хора. Така че през тази ограда постоянно има потоци от посетители напред-назад, защото основната функция на мембранната ограда е двойна: да отдели територията от околното пространство и в същото време да я свърже с околното пространство. За това има много дупки и врати в оградата - !

Свойства на мембраната

1. Пропускливост.

2. Полупропускливост (частична пропускливост).

3. Селективна (синоним: избирателна) пропускливост.

4. Активна пропускливост (синоним: активен транспорт).

5. Контролирана пропускливост.

Както можете да видите, основното свойство на мембраната е нейната пропускливост за различни вещества.

6. Фагоцитоза и пиноцитоза.

7. Екзоцитоза.

8. Наличието на електрически и химически потенциали, по -точно, потенциалната разлика между вътрешната и външната страна на мембраната. Образно можем да кажем това "мембраната превръща клетката в" електрическа батерия "чрез контролиране на йонните потоци"... Подробности: .

9. Промени в електрическия и химическия потенциал.

10. Раздразнителност. Специални молекулни рецептори, разположени на мембраната, могат да се свържат със сигнални (контролни) вещества, в резултат на което състоянието на мембраната и цялата клетка може да се промени. Молекулярните рецептори предизвикват биохимични реакции в отговор на комбинацията от лиганди (контролни вещества) с тях. Важно е да се отбележи, че сигнализиращото вещество действа върху рецептора отвън и промените продължават вътре в клетката. Оказва се, че мембраната предава информация от околната среда във вътрешната среда на клетката.

11. Каталитична ензимна активност. Ензимите могат да бъдат вградени в мембраната или свързани с нейната повърхност (както вътре, така и извън клетката), и там те осъществяват своята ензимна активност.

12. Промяна на формата на повърхността и нейната площ. Това позволява на мембраната да образува израстъци навън или, обратно, инвагинация в клетката.

13. Способност за образуване на контакти с други клетъчни мембрани.

14. Адхезията е способността да се прилепва към твърди повърхности.

Кратък списък на мембранните свойства

  • Пропускливост.
  • Ендоцитоза, екзоцитоза, трансцитоза.
  • Потенциали.
  • Раздразнителност.
  • Ензимна активност.
  • Контакти.
  • Адхезия.

Мембранни функции

1. Непълна изолация на вътрешното съдържание от външната среда.

2. Основното в работата на клетъчната мембрана е обмен различни вещества между клетката и междуклетъчната среда. Това се дължи на такова свойство на мембраната като пропускливост. В допълнение, мембраната регулира този обмен, като регулира нейната пропускливост.

3. Друга важна функция на мембраната е създавайки разлика в химическите и електрическите потенциали между вътрешната и външната му страна. Поради това вътре в клетката има отрицателен електрически потенциал -.

4. Чрез мембраната също се извършва обмен на информация между клетката и нейната среда. Специалните молекулни рецептори, разположени на мембраната, могат да се свържат с контролиращите вещества (хормони, медиатори, модулатори) и да предизвикат биохимични реакции в клетката, което води до различни промени във функционирането на клетката или в нейните структури.

Видео:Структура на клетъчната мембрана

Видео лекция:Подробности за структурата на мембраната и транспорта

Мембранна конструкция

Клетъчната мембрана е универсална трислойна структура. Средният му мастен слой е непрекъснат, а горният и долният протеинов слой го покриват под формата на мозайка от отделни протеинови области. Мастният слой е основата, която осигурява изолацията на клетката от околната среда, изолирайки я от околната среда. Сам по себе си той много слабо прониква във водоразтворими вещества, но лесно пропуска мастноразтворими вещества. Следователно, пропускливостта на мембраната за водоразтворими вещества (например йони) трябва да бъде осигурена със специални протеинови структури - и.

По-долу са представени фотомикрографии на истински клетъчни мембрани на контактуващи клетки, получени с помощта на електронен микроскоп, както и схематичен чертеж, показващ трислойната мембрана и мозайката на нейните протеинови слоеве. За да увеличите изображението, щракнете върху него.

Отделно изображение на вътрешния липиден (мастен) слой на клетъчната мембрана, проникнат с интегрални вградени протеини. Отстраняват се горният и долният протеинов слой, за да не пречат на разглеждането на липидния двуслой

Снимка по -горе: Непълно схематично представяне на клетъчната мембрана (клетъчна стена), както е показано в Уикипедия.

Моля, обърнете внимание, че външният и вътрешният протеинов слой са отстранени от мембраната, за да можем по -добре да видим централния мастен двоен липиден слой. В истинска клетъчна мембрана големи и протеинови "острови" плуват отгоре и отдолу по мастния филм (малки топки на фигурата) и мембраната се оказва по-дебела, трислойна: протеин-мазнина-протеин ... Така че всъщност прилича на сандвич от две протеинови „филии хляб“ с дебел слой „масло“ в средата, т.е. има трислойна структура, а не двуслойна.

На тази фигура малки синьо-бели глобули съответстват на хидрофилни (омокрящи се) липидни „глави“, а прикрепените към тях „струни“ съответстват на хидрофобни (немокрещи се) „опашки“. От протеините са показани само интегрални мембранни протеини от край до край (червени глобули и жълти спирали). Жълтите овални точки вътре в мембраната са молекули на холестерола.Жълто-зелените верижки от външната страна на мембраната са олигозахаридни вериги, които образуват гликокаликса. Гликокаликсът е подобен на въглехидратен („захарен“) „пух“ върху мембраната, образуван от стърчащи от него дълги въглехидратно-протеинови молекули.

Alive е малка торбичка "протеин-мазнина", пълна с полутечно желеобразно съдържание, което е пронизано с филми и епруветки.

Стените на тази торбичка са образувани от двоен мастен (липиден) филм, покрит с протеини отвътре и отвън - клетъчната мембрана. Следователно се казва, че мембраната има трислойна структура : протеин-мазнина-протеин... Вътре в клетката има много подобни мастни мембрани, които разделят вътрешното й пространство на отделения. Клетъчните органели са заобиколени от същите мембрани: ядро, митохондрии, хлоропласти. Така че мембраната е универсална молекулярна структура, присъща на всички клетки и всички живи организми.

Вляво не е реален, а изкуствен модел на парче биологична мембрана: това е мигновена снимка на мастен фосфолипиден двуслой (т.е. двоен слой) в процеса на неговото моделиране на молекулярна динамика. Показана е изчислената клетка на модела - 96 PC молекули ( еосфатидил NS olina) и 2304 водни молекули, общо 20544 атома.

Вдясно е визуален модел на единична молекула от същия този липид, от който е сглобен мембранният липиден двуслой. В горната част има хидрофилна (водолюбива) глава, а в долната част има две хидрофобни (боящи се от вода) опашки. Този липид има просто име: 1-стероил-2-докозахексаеноил-Sn-глицеро-3-фосфатидилхолин (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), но не е нужно да го запомняте, освен ако не планирайте да приведете учителя си в припадък с дълбочината на вашите знания.

Може да се даде по -точно научно определение на клетката:

Ограничава се от активна мембрана, подредена, структурирана хетерогенна система от биополимери, участваща в един -единствен набор от метаболитни, енергийни и информационни процеси, а също така осъществяваща поддръжката и възпроизвеждането на цялата система като цяло.

Вътре клетката също е пронизана с мембрани, а между мембраните няма вода, а вискозен гел / зол с променлива плътност. Следователно взаимодействащите молекули в клетката не плуват свободно, както в епруветка с воден разтвор, а седят главно (обездвижени) върху полимерните структури на цитоскелета или вътреклетъчните мембрани. И затова химическите реакции протичат вътре в клетката почти като в твърдо вещество, а не в течност. Външната мембрана, заобикаляща клетката, също е покрита с ензими и молекулни рецептори, което я прави много активна част от клетката.

Клетъчната мембрана (плазмалема, плазмолема) е активна мембрана, която отделя клетката от околната среда и я свързва с околната среда. © Сазонов В.Ф., 2016.

От това определение на мембрана следва, че тя не ограничава просто клетката, но работи активносвързвайки го със своята среда.

Мазнините, от които са изградени мембраните, са специални, поради което молекулите им обикновено се наричат ​​не просто мазнини, но "Липиди", "фосфолипиди", "сфинголипиди"... Мембранният филм е двоен, тоест се състои от два залепени един към друг филма. Следователно в учебниците те пишат, че основата на клетъчната мембрана се състои от два липидни слоя (или от " двуслоен", т.е. двоен слой). За всеки отделен липиден слой едната страна може да се намокри с вода, а другата не. Така че тези филми се прилепват един към друг точно със своите ненамокрящи се страни.

Бактериална мембрана

Клетъчната мембрана на прокариотите на грам-отрицателни бактерии се състои от няколко слоя, показани на фигурата по-долу.
Покриващи слоеве от грам-отрицателни бактерии:
1. Вътрешна трислойна цитоплазмена мембрана, която е в контакт с цитоплазмата.
2. Клетъчната стена, която се състои от муреин.
3. Външна трислойна цитоплазмена мембрана, която има същата система от липиди с протеинови комплекси като вътрешната мембрана.
Комуникацията на грам-отрицателни бактериални клетки с външния свят чрез такава сложна тристепенна структура не им дава предимство в оцеляването при тежки условия в сравнение с грам-положителните бактерии, които имат по-малко мощна мембрана. Те също толкова лошо понасят високи температури, киселинност и спад на налягането.

Видео лекция:Плазмената мембрана. Е.В. Д -р Шевал

Видео лекция:Мембраната като клетъчна граница. А. Иляскин

Значението на мембранните йонни канали

Лесно е да се разбере, че само мастноразтворимите вещества могат да влязат в клетката през мастната мембрана. Това са мазнини, алкохоли, газове.Например в еритроцитите кислородът и въглеродният диоксид лесно преминават и излизат директно през мембраната. Но водата и водоразтворимите вещества (например йони) просто не могат да преминат през мембраната в нито една клетка. Това означава, че те се нуждаят от специални дупки. Но ако просто направите дупка в мастния филм, той веднага ще бъде изтеглен. Какво да правя? Намерен е изход в природата: необходимо е да се направят специални протеинови транспортни структури и да се разтегнат през мембраната. Така се получават канали за преминаване на неразтворими в мазнини вещества - йонни канали на клетъчната мембрана.

Така че, за да придаде на мембраната си допълнителни свойства на пропускливост за полярните молекули (йони и вода), клетката синтезира специални протеини в цитоплазмата, които след това се включват в мембраната. Те са два вида: транспортни протеини (например транспорт ATPases) и каналообразуващи протеини (създатели на канали). Тези протеини са включени в двойния мастен слой на мембраната и образуват транспортни структури под формата на транспортери или под формата на йонни канали. Различни водоразтворими вещества вече могат да преминават през тези транспортни структури, които иначе не могат да преминат през мастната мембрана.

По принцип протеините, вградени в мембраната, също се наричат интегрална, точно защото те сякаш са включени в състава на мембраната и проникват през нея. Други протеини, които не са интегрални, образуват така или иначе острови, които „плават“ по повърхността на мембраната: или по външната, или по вътрешната й повърхност. В края на краищата, всеки знае, че мазнината е добър лубрикант и е лесно да се плъзга по нея!

изводи

1. Като цяло мембраната е трислойна:

1) външният слой от протеинови "острови",

2) мастно двуслойно "море" (липиден двуслой), т.е. двоен липиден филм,

3) вътрешният слой от протеинови "острови".

Но има и хлабав външен слой - гликокаликс, който се образува от стърчащи от мембраната гликопротеини. Те са молекулни рецептори, с които се свързват сигналните контролни агенти.

2. В мембраната са вградени специални протеинови структури, гарантиращи нейната пропускливост за йони или други вещества. Не забравяйте, че на някои места морето от мазнини е пронизано с интегрални протеини през и през. И именно интегралните протеини образуват специални транспортни конструкции клетъчна мембрана (вижте раздел 1_2 Мембранни транспортни механизми). Чрез тях веществата влизат в клетката и също се отстраняват от клетката навън.

3. От двете страни на мембраната (външна и вътрешна), както и вътре в мембраната, могат да бъдат разположени ензимни протеини, които влияят както върху състоянието на самата мембрана, така и върху живота на цялата клетка.

Така че клетъчната мембрана е активна променлива структура, която активно работи в интерес на цялата клетка и я свързва с външния свят, а не е просто „защитна обвивка“. Това е най -важното нещо, което трябва да знаете за клетъчната мембрана.

В медицината мембранните протеини често се използват като мишени за лекарства. Рецепторите действат като такива цели, йонни канали, ензими, транспортни системи. Наскоро, освен мембраната, мишена за лечебни веществасъщо стават гени, скрити в клетъчното ядро.

Видео:Въведение в биофизиката на клетъчната мембрана: Структурата на мембраните 1 (Владимиров Ю.А.)

Видео:История, структура и функция на клетъчната мембрана: Мембранна конструкция 2 (Владимиров Ю.А.)

© 2010-2018 Сазонов В.Ф., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Клетъчната мембрана е ултратънък филм на повърхността на клетка или клетъчна органела, състоящ се от бимолекулен липиден слой с вградени протеини и полизахариди.

Мембранни функции:

  • · Бариера - осигурява регулиран, селективен, пасивен и активен метаболизъм с околната среда. Например, мембраната на пероксизома предпазва цитоплазмата от пероксиди, които са вредни за клетката. Селективната пропускливост означава, че пропускливостта на мембраната за различни атоми или молекули зависи от техния размер, електрически заряд и химични свойства. Селективната пропускливост осигурява отделянето на клетката и клетъчните отделения от околната среда и снабдяването им с необходимите вещества.
  • · Транспорт - веществата се транспортират през мембраната във и извън клетката. Транспортът през мембрани осигурява: доставка на хранителни вещества, отстраняване на крайните метаболитни продукти, секреция на различни вещества, създаване на йонни градиенти, поддържане на оптимално рН и концентрация на йони в клетката, които са необходими за функционирането на клетъчните ензими. Частици, които по някаква причина не могат да преминат фосфолипидния двуслоен слой (например поради хидрофилни свойства, тъй като мембраната вътре е хидрофобна и не позволява преминаването на хидрофилни вещества или поради големия им размер), но необходими за клетката , могат да проникнат през мембраната чрез специални протеини -носители (транспортери) и канални протеини или чрез ендоцитоза. При пасивен транспорт веществата преминават през липидния двуслой без консумация на енергия по градиента на концентрацията чрез дифузия. Вариант на този механизъм е улеснена дифузия, при която специфична молекула помага на веществото да премине през мембраната. Тази молекула може да има канал, който позволява преминаването само на един вид вещество. Активният транспорт изисква консумация на енергия, тъй като възниква срещу градиента на концентрацията. На мембраната има специални помпени протеини, включително АТФаза, която активно изпомпва калиеви йони (K +) в клетката и изпомпва натриеви йони (Na +) от нея.
  • Матрица - осигурява определено взаимно подреждане и ориентация на мембранните протеини, оптималното им взаимодействие.
  • Механичен - осигурява автономността на клетката, нейните вътреклетъчни структури, както и връзка с други клетки (в тъканите). Клетъчните стени играят важна роля в осигуряването на механична функция, а при животните - междуклетъчното вещество.
  • Енергия - по време на фотосинтезата в хлоропластите и клетъчното дишане в митохондриите, в техните мембрани работят системи за пренос на енергия, в които участват и протеини;
  • Рецептор - някои протеини в мембраната са рецептори (молекули, чрез които клетката възприема определени сигнали). Например, циркулиращите в кръвта хормони действат само върху целевите клетки, които имат рецептори, съответстващи на тези хормони. Невротрансмитери ( химични веществаосигурявайки това нервни импулси) също се свързват със специални рецепторни протеини на целевите клетки.
  • Ензимно -мембранните протеини често са ензими. Например, плазмените мембрани на чревните епителни клетки съдържат храносмилателни ензими.
  • · Изпълнение на генериране и осъществяване на биопотенциали. С помощта на мембраната се поддържа постоянна концентрация на йони в клетката: концентрацията на йона K + вътре в клетката е много по -висока от външната, а концентрацията на Na + е много по -ниска, което е много важно, тъй като това гарантира запазването на потенциалната разлика на мембраната и генерирането на нервен импулс.
  • · Клетъчно маркиране - на мембраната има антигени, които действат като маркери - "етикети", които ви позволяват да идентифицирате клетката. Това са гликопротеини (тоест протеини с прикрепени към тях разклонени олигозахаридни странични вериги), които играят ролята на „антени“. Поради безбройните конфигурации на странични вериги е възможно да се направи специфичен маркер за всеки тип клетка. С помощта на маркери клетките могат да разпознават други клетки и да действат в съгласие с тях, например по време на образуването на органи и тъкани. Той също така позволява на имунната система да разпознава чужди антигени.

Някои протеинови молекули свободно се дифундират в равнината на липидния слой; в нормално състояние части от протеинови молекули, излизащи от противоположните страни на клетъчната мембрана, не променят позицията си.

Специфичната морфология на клетъчните мембрани определя техните електрически характеристики, сред които най -важните са капацитетът и проводимостта.

Капацитивните свойства се определят главно от фосфолипидния двуслой, който е непропусклив за хидратирани йони и в същото време достатъчно тънък (около 5 nm), за да осигури ефективно разделяне и натрупване на заряди и електростатично взаимодействие на катиони и аниони. В допълнение, капацитивните свойства на клетъчните мембрани са една от причините, които определят времевите характеристики на електрическите процеси, протичащи върху клетъчните мембрани.

Проводимостта (g) е реципрочната на електрическото съпротивление и е равна на отношението на общия трансмембранен ток за даден йон към стойността, която е причинила неговата трансмембранна разлика в потенциала.

Различни вещества могат да дифундират през фосфолипидния двуслоен слой и степента на пропускливост (P), тоест способността на клетъчната мембрана да пропуска тези вещества, зависи от разликата в концентрацията на дифузиращото вещество от двете страни на мембраната, разтворимостта му в липидите и свойствата на клетъчната мембрана. Скоростта на дифузия на заредени йони в постоянно поле в мембраната се определя от подвижността на йони, дебелината на мембраната и разпределението на йони в мембраната. За неелектролитите мембранната пропускливост не влияе на нейната проводимост, тъй като неелектролитите не носят заряди, т.е.не могат да носят електрически ток.

Проводимостта на мембраната е мярка за нейната йонна пропускливост. Увеличаването на проводимостта показва увеличаване на броя на йони, преминаващи през мембраната.

Важно свойство на биологичните мембрани е течливостта. Всички клетъчни мембрани са подвижни флуидни структури: повечето от съставните им липидни и протеинови молекули са в състояние да се движат сравнително бързо в мембранната равнина

Мембраната е свръх фина структура, която образува повърхностите на органелите и клетката като цяло. Всички мембрани имат подобна структура и са свързани в една система.

Химичен състав

Клетъчните мембрани са химически хомогенни и се състоят от протеини и липиди от различни групи:

  • фосфолипиди;
  • галактолипиди;
  • сулфолипиди.

Те включват и нуклеинова киселина, полизахариди и други вещества.

Физически свойства

При нормални температури мембраните са в състояние на течни кристали и постоянно се колебаят. Техният вискозитет е близък до този на растителното масло.

Мембраната е възстановима, издръжлива, еластична и пореста. Дебелината на мембраните е 7-14 nm.

ТОП-4 статиикоито четат заедно с това

Мембраната е непропусклива за големи молекули. Малки молекули и йони могат да преминават през порите и самата мембрана под влияние на разликите в концентрациите от различни страни на мембраната, както и с помощта на транспортни протеини.

Модел

Обикновено структурата на мембраните се описва с помощта на флуидно-мозаечен модел. Мембраната има рамка - два реда липидни молекули, плътно приличащи една на друга на тухли.

Ориз. 1. Биологична мембрана от тип сандвич.

От двете страни повърхността на липидите е покрита с протеини. Мозайката се формира от протеинови молекули, неравномерно разпределени по повърхността на мембраната.

Според степента на потапяне в билипидния слой, протеиновите молекули се разделят на три групи:

  • трансмембранен;
  • потопен;
  • повърхностно.

Протеините осигуряват основното свойство на мембраната - нейната селективна пропускливост за различни вещества.

Мембранни видове

Всички клетъчни мембрани по локализация могат да бъдат разделени на следните видове:

  • на открито;
  • ядрена;
  • мембрани от органели.

Външната цитоплазмена мембрана или плазмолемата е границата на клетката. Свързвайки се с елементите на цитоскелета, той поддържа формата и размера си.

Ориз. 2. Цитоскелет.

Ядрената мембрана или кариолемата е границата на ядреното съдържание. Той е изграден от две мембрани, много подобни на външната. Външната мембрана на ядрото е свързана с мембрани ендоплазмения ретикулум(EPS) и през порите с вътрешна мембрана.

Мембраните на EPS проникват в цялата цитоплазма, образувайки повърхности, върху които се синтезират различни вещества, включително мембранни протеини.

Органоидни мембрани

Повечето органели имат мембранна структура.

Стените са изградени от една мембрана:

  • Комплекс Голджи;
  • вакуоли;
  • лизозоми.

Пластидите и митохондриите са изградени от два слоя мембрани. Външната им мембрана е гладка, докато вътрешната мембрана образува много гънки.

Особеностите на фотосинтетичните мембрани на хлоропласта са вградените молекули на хлорофила.

Животинските клетки имат слой въглехидрати на повърхността на външната мембрана, наречен гликокаликс.

Ориз. 3. Гликокаликс.

Най -развит гликокаликс е в клетките на чревния епител, където създава условия за храносмилане и защитава плазмолемата.

Таблица "Структура на клетъчната мембрана"

Какво научихме?

Разгледахме структурата и функцията на клетъчната мембрана. Мембраната е селективна (селективна) бариера на клетката, ядрото и органелите. Структурата на клетъчната мембрана е описана чрез модел на течна мозайка. Според този модел, протеиновите молекули са вградени в двоен слой от вискозни липиди.

Тест по тема

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.5. Общо получени оценки: 100.

Клетка- саморегулираща се структурна и функционална единица от тъкани и органи. Клетъчната теория за структурата на органи и тъкани е разработена от Schleiden и Schwann през 1839 г. По -късно, с помощта на електронна микроскопия и ултрацентрифугиране, е възможно да се изясни структурата на всички основни органели на животински и растителни клетки (фиг. 1).

Ориз. 1. Схема на строежа на клетката на животински организми

Основните части на клетката са цитоплазмата и ядрото. Всяка клетка е заобиколена от много тънка мембрана, която ограничава съдържанието й.

Клетъчната мембрана се нарича плазмената мембранаи се характеризира със селективна пропускливост. Това свойство позволява основни хранителни вещества и химични елементипроникват в клетката и излишните продукти я напускат. Плазмената мембрана се състои от два слоя липидни молекули с включване на специфични протеини. Основните липиди на мембраната са фосфолипиди. Те съдържат фосфор, полярна глава и две неполярни опашки от дълговерижни мастни киселини. Мембранните липиди включват холестерол и холестеролови естери. В съответствие с флуидно-мозаечния модел на структура, мембраните съдържат включвания от протеинови и липидни молекули, които могат да се смесват по отношение на двуслоя. Всеки тип мембрана на всяка животинска клетка се характеризира със собствен относително постоянен липиден състав.

Структурно мембранните протеини са разделени на два вида: интегрални и периферни. Периферните протеини могат да бъдат отстранени от мембраната, без да я разрушават. Има четири вида мембранни протеини: транспортни протеини, ензими, рецептори и структурни протеини. Някои мембранни протеини имат ензимна активност, докато други свързват определени вещества и улесняват прехвърлянето им в клетката. Протеините осигуряват няколко пътища за движение на веществата през мембраните: те образуват големи пори, състоящи се от няколко протеинови субединици, които позволяват на водни молекули и йони да се движат между клетките; образуват йонни канали, специализирани за движение на определени видове йони през мембраната при определени условия. Структурните протеини са свързани с вътрешния липиден слой и осигуряват цитоскелета на клетката. Цитоскелетът придава механична здравина на клетъчната мембрана. В различните мембрани протеините представляват 20 до 80% от масата. Мембранните протеини могат да се движат свободно в страничната равнина.

Мембраната съдържа и въглехидрати, които могат ковалентно да се свързват с липиди или протеини. Има три вида мембранни въглехидрати: гликолипиди (ганглиозиди), гликопротеини и протеогликани. Повечето мембранни липиди са в течно състояние и имат определена течливост, т.е. способността да се движите от една област в друга. От външната страна на мембраната има рецепторни места, които свързват различни хормони. Други специфични мембранни области могат да разпознават и свързват някои белтъци, чужди на тези клетки, и различни биологично активни съединения.

Вътрешното пространство на клетката е изпълнено с цитоплазма, в която протичат повечето реакции на клетъчния метаболизъм, катализирани от ензими. Цитоплазмата се състои от два слоя: вътрешния, наречен ендоплазма, и периферния, ектоплазмата, която е силно вискозна и лишена от гранули. Всички компоненти на клетка или органела се намират в цитоплазмата. Най -важните от клетъчните органели са ендоплазмен ретикулум, рибозоми, митохондрии, апарат на Голджи, лизозоми, микрофиламенти и микротубули, пероксизоми.

Ендоплазмения ретикулуме система от взаимосвързани канали и кухини, които проникват в цялата цитоплазма. Той осигурява транспортиране на вещества от околната среда и вътре в клетките. Ендоплазменият ретикулум също служи като депо за вътреклетъчните йони на Ca 2+ и служи като основно място за синтез на липиди в клетката.

Рибозоми -микроскопични сферични частици с диаметър 10-25 nm. Рибозомите са свободно разположени в цитоплазмата или прикрепени към външната повърхност на мембраните на ендоплазмения ретикулум и ядрената мембрана. Те взаимодействат с пратеника и транспортната РНК и в тях се синтезират протеини. Те синтезират протеини, които влизат в цистерните или в апарата на Голджи и след това се освобождават навън. Рибозомите, свободно разположени в цитоплазмата, синтезират протеин за използване от самата клетка, а рибозомите, свързани с ендоплазмения ретикулум, произвеждат протеин, който се отстранява от клетката. В рибозомите се синтезират различни функционални протеини: протеини -носители, ензими, рецептори, протеини на цитоскелета.

апарат на Голджиобразувани от система от тубули, цистерни и везикули. Той е свързан с ендоплазмения ретикулум и получените тук биологично активни вещества се съхраняват в уплътнена форма в секреторни везикули. Последните постоянно се отделят от апарата на Голджи, транспортират се до клетъчната мембрана и се сливат с нея, а веществата, съдържащи се във везикулите, се отстраняват от клетката по време на екзоцитоза.

Лизозоми -частици, заобиколени от мембрана с размер 0,25-0,8 микрона. Те съдържат множество ензими, участващи в разграждането на протеини, полизахариди, мазнини, нуклеинови киселини, бактерии и клетки.

Пероксизомиобразувани от гладък ендоплазмен ретикулум, наподобяват лизозоми и съдържат ензими, които катализират разлагането на водороден пероксид, който се разгражда под въздействието на пероксидази и каталаза.

Митохондриисъдържат външни и вътрешни мембрани и са "електроцентралата" на клетката. Митохондриите са кръгли или продълговати структури с двойна мембрана. Вътрешната мембрана образува гънки, изпъкнали в митохондриите - cristae. Те синтезират АТФ, окисляват субстратите на цикъла на Кребс и извършват много биохимични реакции. АТФ молекулите, образувани в митохондриите, дифундират във всички части на клетката. Митохондриите съдържат малко количество ДНК, РНК, рибозоми и с тяхно участие настъпва обновяването и синтеза на нови митохондрии.

Микрофиламентиса тънки протеинови нишки, състоящи се от миозин и актин, и образуват съкратителния апарат на клетката. Микрофиламентите участват в образуването на гънки или издатини на клетъчната мембрана, както и в движението на различни структури в клетките.

Микротубулиформират основата на цитоскелета и осигуряват неговата здравина. Цитоскелетът придава на клетките характерен вид и форма, служи като точка на свързване на вътреклетъчните органели и различни тела. В нервните клетки сноповете микротубули участват в транспортирането на вещества от клетъчното тяло до краищата на аксоните. С тяхно участие функционирането на митотичното вретено се осъществява по време на клетъчното делене. Те играят ролята на двигателни елементи във вилиците и жгутиците при еукариотите.

Ядрое основната структура на клетката, участва в предаването на наследствени белези и в синтеза на протеини. Ядрото е заобиколено от ядрена мембрана, съдържаща много ядрени пори, през които се обменят различни вещества между ядрото и цитоплазмата. Вътре има ядро. Установена е важната роля на ядрото в синтеза на рибозомна РНК и хистонови протеини. Останалата част от ядрото съдържа хроматин, който се състои от ДНК, РНК и редица специфични протеини.

Функции на клетъчната мембрана

Клетъчните мембрани играят важна роля в регулирането на вътреклетъчния и междуклетъчния метаболизъм. Те са селективно пропускливи. Тяхната специфична структура дава възможност да се осигурят бариерни, транспортни и регулаторни функции.

Бариерна функциясе проявява в ограничаване на проникването на съединения, разтворени във вода през мембраната. Мембраната е непропусклива за големи протеинови молекули и органични аниони.

Регулаторна функциямембраната се състои в регулиране на вътреклетъчния метаболизъм в отговор на химични, биологични и механични влияния. Различни влияния се възприемат от специални мембранни рецептори с последваща промяна в активността на ензимите.

Транспортна функциячрез биологични мембрани могат да се извършват пасивно (дифузия, филтрация, осмоза) или използване активен транспорт.

Дифузия -движение на газ или разтворимо вещество по концентрацията и електрохимичен градиент... Скоростта на дифузия зависи от пропускливостта на клетъчната мембрана, както и от градиента на концентрацията за незаредени частици, електрически и градиенти на концентрацияза заредени частици. Проста дифузияпротича през липидния двуслой или по каналите. Заредените частици се движат според електрохимичен градиент, докато незаредените частици се движат според химически градиент. Например, кислород, стероидни хормони, карбамид, алкохол и др. Проникват чрез проста дифузия през липидния слой на мембраната. По каналите се движат различни йони и частици. Йонните канали се образуват от протеини и се подразделят на контролирани и неконтролирани канали. В зависимост от селективността се прави разлика между йонно-селективни въжета, които позволяват преминаването само на един йон, и канали, които нямат селективност. Каналите имат отвор и селективен филтър, а контролираните канали също имат механизъм за затваряне.

Улеснена дифузия -процес, при който веществата се транспортират през мембрана, използвайки специални мембранни протеини -носители. По този начин аминокиселините и монозахаридите влизат в клетката. Този вид транспорт е много бърз.

Осмоза -движение на вода през мембраната от разтвор с по -ниско към разтвор с по -високо осмотично налягане.

Активен транспорт -транспорт на вещества срещу градиента на концентрацията, използвайки транспортни АТФази (йонни помпи). Този трансфер се извършва с разход на енергия.

Na + / K + -, Ca 2+ -и Н + -помпите са изследвани в по -голяма степен. Помпите са разположени върху клетъчни мембрани.

Един вид активен транспорт са ендоцитозаи екзоцитоза.Тези механизми транспортират по -големи вещества (протеини, полизахариди, нуклеинови киселини), които не могат да бъдат транспортирани по каналите. Този транспорт е по -често срещан в епителните клетки на червата, бъбречните тубули и съдовия ендотел.

Приендоцитоза, клетъчните мембрани образуват инвагинации вътре в клетката, които, когато се отделят, се превръщат във везикули. По време на екзоцитозата везикулите със съдържанието се прехвърлят към клетъчната мембрана и се сливат с нея, а съдържанието на везикулите се освобождава в извънклетъчната среда.

Структурата и функцията на клетъчната мембрана

За да се разберат процесите, които осигуряват съществуването на електрически потенциали в живите клетки, на първо място е необходимо да се разбере структурата на клетъчната мембрана и нейните свойства.

Понастоящем най-известният е течно-мозаечният мембранен модел, предложен от С. Сингър и Г. Никълсън през 1972 г. Мембраната се основава на двоен слой фосфолипиди (двуслоен), чиито хидрофобни фрагменти от молекулите са потопени в дебелината на мембраната, а полярните хидрофилни групи са ориентирани навън, тези. в околната водна среда (фиг. 2).

Мембранните протеини са локализирани на мембранната повърхност или могат да бъдат вградени на различни дълбочини в хидрофобната зона. Някои протеини проникват в мембраната и различни хидрофилни групи от един и същ протеин се намират от двете страни на клетъчната мембрана. Протеините, открити в плазмената мембрана, играят много важна роля: те участват в образуването на йонни канали, играят ролята на мембранни помпи и носители на различни вещества, а също така могат да изпълняват рецепторна функция.

Основните функции на клетъчната мембрана: бариерна, транспортна, регулаторна, каталитична.

Бариерната функция е да ограничава дифузията на водоразтворими съединения през мембраната, което е необходимо за защита на клетките от чужди, токсични вещества и поддържане на относително постоянно съдържание на различни вещества вътре в клетките. По този начин клетъчната мембрана може да забави дифузията на различни вещества със 100 000-10 000 000 пъти.

Ориз. 2. Триизмерна схема на течно-мозаечния модел на мембраната на Сингер-Никълсън

Изобразени са глобуларни интегрални протеини, вградени в липиден двуслой. Някои протеини са йонни канали, други (гликопротеини) съдържат олигозахаридни странични вериги, участващи в разпознаването на клетките един от друг и в междуклетъчната тъкан. Молекулите на холестерола са в непосредствена близост до главите на фосфолипидите и фиксират съседните области на "опашките". Вътрешните части на опашките на молекулата на фосфолипидите не са ограничени в движението си и са отговорни за течливостта на мембраната (Bretscher, 1985)

Мембраната съдържа канали, през които проникват йони. Каналите са потенциално зависими и потенциално независими. Потенциални затворени каналиотворен при промяна на потенциалната разлика, и потенциално независими(регулиран от хормони) отворен, когато рецепторите взаимодействат с вещества. Каналите могат да се отварят или затварят благодарение на портата. Има два вида порти, вградени в мембраната: активиране(дълбоко в канала) и деактивиране(на повърхността на канала). Портата може да бъде в едно от трите състояния:

  • отворено състояние (и двата вида врати са отворени);
  • затворено състояние (вратата за активиране е затворена);
  • състояние на инактивиране (вратата за инактивиране е затворена).

Друга характерна особеност на мембраните е способността да извършват селективно прехвърляне на неорганични йони, хранителни вещества и различни метаболитни продукти. Разграничете системите за пасивен и активен пренос (транспорт) на вещества. Пасивентранспортирането се осъществява чрез йонни канали със или без помощта на протеини -носители и неговите движеща силае разликата в електрохимичния потенциал на йони между вътрешно и извънклетъчното пространство. Селективността на йонните канали се определя от неговите геометрични параметри и химическа природагрупи, облицоващи стените на канала и устието му.

В момента най-добре проучените канали са тези със селективна пропускливост за Na +, K +, Ca 2+ йони, както и за вода (т.нар. Аквапорини). Диаметърът на йонните канали, според различни изследвания, е 0,5-0,7 nm. Пропускателната способност на каналите може да варира, 10 7 - 10 8 йона в секунда могат да преминат през един йонен канал.

Активентранспортът се осъществява с разход на енергия и се осъществява от т. нар. йонни помпи. Йонните помпи са молекулно протеинови структури, вградени в мембраната и пренасящи йони към по -висок електрохимичен потенциал.

Помпите се захранват от енергията на хидролизата на АТФ. Понастоящем са добре проучени Na ​​+ / K + - АТФаза, Са 2+ - АТФаза, Н + - АТФаза, Н + / К + - АТФаза, Mg 2+ - АТФаза, които осигуряват движението на Na +, К +, Са 2+ йони, съответно., H +, Mg 2+ изолирани или конюгирани (Na + и K +; H + и K +). Молекулярният механизъм на активния транспорт не е напълно изяснен.

Всички живи организми на Земята са съставени от клетки и всяка клетка е заобиколена от защитна обвивка - мембрана. Функциите на мембраната обаче не се ограничават до защита на органелите и отделяне на една клетка от друга. Клетъчната мембрана е сложен механизъм, който участва пряко в репродукцията, регенерацията, храненето, дишането и много други важни функции на клетката.

Терминът "клетъчна мембрана" съществува от близо век. Самата дума „мембрана“ в превод от латински означава „филм“. Но в случай на клетъчна мембрана би било по -правилно да се говори за набор от два филма, свързани по определен начин, и освен това различните страни на тези филми имат различни свойства.

Клетъчната мембрана (цитолема, плазмалема) е трислойна липопротеинова (мастно-протеинова) мембрана, която отделя всяка клетка от съседните клетки и околната среда и осъществява контролиран обмен между клетките и околната среда.

Решаващото значение в това определение не е, че клетъчната мембрана отделя една клетка от друга, а че осигурява нейното взаимодействие с други клетки и околната среда. Мембраната е много активна, постоянно работеща структура на клетката, върху която много функции са възложени от природата. От нашата статия ще научите всичко за състава, структурата, свойствата и функциите на клетъчната мембрана, както и за опасността, която нарушенията във функционирането на клетъчните мембрани представляват за човешкото здраве.

История на изследванията на клетъчната мембрана

През 1925 г. двама германски учени, Гортер и Грендел, успяха да проведат сложен експеримент върху червените кръвни клетки на човешката кръв, еритроцитите. С помощта на осмотичен удар изследователите са получили така наречените „сенки“ - празни черупки от червени кръвни клетки, след което са ги поставили в една купчина и са измерили площта на повърхността. Следващата стъпка беше да се изчисли количеството липиди в клетъчната мембрана. С помощта на ацетон учените изолираха липидите от „сенките“ и установиха, че те са достатъчни само за двоен непрекъснат слой.

По време на експеримента обаче бяха допуснати две груби грешки:

    Използването на ацетон не позволява изолирането на абсолютно всички липиди от мембраните;

    Повърхността на "сенките" се изчислява въз основа на сухото тегло, което също е неправилно.

Тъй като първата грешка даде минус в изчисленията, а втората - плюс, общият резултат се оказа изненадващо точен и германските учени донесоха най -важното откритие в научния свят - липидния двуслой на клетъчната мембрана.

През 1935 г. друга двойка изследователи, Даниел и Доусън, след дълги експерименти с билипидни филми, стигат до заключението за наличието на протеини в клетъчните мембрани. Нямаше друг начин да се обясни защо тези филми имат толкова високо повърхностно напрежение. Учените представиха на обществеността схематичен модел на клетъчна мембрана, подобен на сандвич, където хомогенните липидно-протеинови слоеве играят ролята на филии хляб, а между тях, вместо маслото, има празнота.

През 1950 г. с помощта на първия електронен микроскоп теорията на Даниел -Доусън беше частично потвърдена - два слоя, състоящи се от липидни и протеинови глави, бяха ясно видими на микрофотографиите на клетъчната мембрана, а между тях прозрачно пространство, изпълнено само с опашки от липиди и протеини.

През 1960 г., воден от тези данни, американският микробиолог Дж. Робъртсън разработва теорията за трислойната структура на клетъчните мембрани, която дълго време се счита за единствената правилна. С развитието на науката обаче възникват все повече съмнения относно хомогенността на тези слоеве. От гледна точка на термодинамиката, такава структура е изключително неизгодна - за клетките би било много трудно да транспортират вещества навътре и навън през целия „сандвич“. Освен това е доказано, че клетъчните мембрани на различните тъкани имат различна дебелина и методи на закрепване, които се дължат на различни функции на органите.

През 1972 г. микробиолозите С.Д. Singer и G.L. Никълсън успя да обясни всички несъответствия в теорията на Робъртсън с помощта на нов, флуидно-мозаечен модел на клетъчната мембрана. Учените са открили, че мембраната е хетерогенна, асиметрична, изпълнена с течност и нейните клетки са в постоянно движение. А протеините, които го съставят, имат различна структура и предназначение, освен това те са разположени по различни начини спрямо билипидния слой на мембраната.

Съставът на клетъчните мембрани съдържа протеини от три типа:

    Периферна - прикрепена към повърхността на филма;

    Полуинтегрален- частично проникват в билипидния слой;

    Интегрални - напълно проникват през мембраната.

Периферните протеини се свързват с главите на мембранните липиди чрез електростатично взаимодействие и никога не образуват непрекъснат слой, както се смяташе преди, докато полуинтегралните и интегрални протеини служат за транспортиране на кислород и хранителни вещества вътре в клетката, както и за премахване на разпадането продукти от него и др. за няколко важни функции, за които ще научите по -нататък.



Клетъчната мембрана изпълнява следните функции:

    Бариера - пропускливостта на мембраната за различни видове молекули не е еднаква. За да заобиколите клетъчната мембрана, молекулата трябва да има определен размер, Химични свойстваи електрически заряд. Вредните или неподходящи молекули, поради бариерната функция на клетъчната мембрана, просто не могат да проникнат в клетката. Например с помощта на пероксисната реакция мембраната предпазва цитоплазмата от пероксиди, които са опасни за нея;

    Транспорт - пасивен, активен, регулиран и селективен обмен преминава през мембраната. Пасивният метаболизъм е подходящ за мастноразтворими вещества и газове, съставени от много малки молекули. Такива вещества проникват в и извън клетката без изразходване на енергия, свободно, чрез дифузионния метод. Активната транспортна функция на клетъчната мембрана се активира, когато е необходимо, но трудно транспортируемите вещества трябва да бъдат транспортирани във или извън клетката. Например тези с голям молекулен размер или неспособни да преминат билиарния слой поради хидрофобност. Тогава протеините-помпи започват да работят, включително АТФаза, която е отговорна за абсорбцията на калиеви йони в клетката и изхвърлянето на натриеви йони от нея. Регулираният транспорт е необходим за функциите на секреция и ферментация, например, когато клетките произвеждат и отделят хормони или стомашен сок. Всички тези вещества напускат клетките по специални канали и в определен обем. А селективната транспортна функция е свързана с много интегралните протеини, които проникват в мембраната и служат като канал за влизане и излизане на строго определени видове молекули;

    Матрица - клетъчната мембрана определя и фиксира разположението на органелите една спрямо друга (ядро, митохондрии, хлоропласти) и регулира взаимодействието между тях;

    Механичен - осигурява ограничаването на една клетка от друга и в същото време - правилното свързване на клетките в хомогенна тъкан и устойчивостта на органите към деформация;

    Защитно - както при растенията, така и при животните, клетъчната мембрана служи като основа за изграждане на защитна рамка. Пример за това е твърдо дърво, плътна кожа, бодливи тръни. В животинското царство има и много примери за защитната функция на клетъчните мембрани - коруба на костенурка, хитинова мембрана, копита и рога;

    Енергия - процесите на фотосинтеза и клетъчно дишане биха били невъзможни без участието на протеините на клетъчната мембрана, защото именно с помощта на протеинови канали клетките обменят енергия;

    Рецептор - протеините, вградени в клетъчната мембрана, могат да имат друга важна функция. Те служат като рецептори, чрез които клетката получава сигнал от хормони и невротрансмитери. А това от своя страна е необходимо за провеждането на нервните импулси и нормалното протичане на хормоналните процеси;

    Ензимната е друга важна функция, присъща на някои протеини на клетъчните мембрани. Например в чревния епител с помощта на такива протеини се синтезират храносмилателни ензими;

    Биопотенциал- концентрацията на калиеви йони вътре в клетката е много по -висока от външната, а концентрацията на натриеви йони, напротив, е по -висока навън, отколкото вътре. Това обяснява потенциалната разлика: вътре в клетката зарядът е отрицателен, извън него е положителен, което насърчава движението на веществата в клетката и навън при всеки от трите вида метаболизъм - фагоцитоза, пиноцитоза и екзоцитоза;

    Етикетиране - на повърхността на клетъчните мембрани има така наречените „белези“ - антигени, състоящи се от гликопротеини (протеини с разклонени олигозахаридни странични вериги, прикрепени към тях). Тъй като страничните вериги могат да имат огромно разнообразие от конфигурации, всеки тип клетка получава свой собствен уникален етикет, който позволява на други клетки в тялото да ги разпознават с поглед и да реагират на тях правилно. Ето защо например човешките имунни клетки, макрофагите, лесно разпознават непознат, който е влязъл в тялото (инфекция, вирус) и се опитват да го унищожат. Същото се случва и с болни, мутирали и стари клетки - етикетът на клетъчната им мембрана се променя и тялото се отървава от тях.

Клетъчният обмен се осъществява чрез мембрани и може да се осъществи с помощта на три основни типа реакции:

    Фагоцитозата е клетъчен процес, при който вградените в мембраната фагоцитни клетки улавят и усвояват твърди частици от хранителни вещества. В човешкото тяло фагоцитозата се осъществява от мембраните на два типа клетки: гранулоцити (гранулирани левкоцити) и макрофаги (клетки имунни убийци);

    Пиноцитозата е процес на улавяне от повърхността на клетъчната мембрана на течни молекули в контакт с нея. За да се храни с вида пиноцитоза, клетката израства върху мембраната си тънки пухкави израстъци под формата на нишки, които сякаш обграждат капчица течност и се получава мехурче. Първо този балон изпъква над повърхността на мембраната, а след това се „поглъща“ - той се скрива вътре в клетката, а стените й се сливат с вътрешната повърхност на клетъчната мембрана. Пиноцитозата се среща в почти всички живи клетки;

    Екзоцитозата е обратен процес, при който вътре в клетката се образуват мехурчета със секреторна функционална течност (ензим, хормон) и тя трябва по някакъв начин да се отстрани от клетката в околната среда. За това балонът първо се слива с вътрешната повърхност на клетъчната мембрана, след това излиза навън, избухва, изхвърля съдържанието и отново се слива с повърхността на мембраната, този път отвън. Екзоцитозата протича например в клетките на чревния епител и кората на надбъбречните жлези.

Клетъчните мембрани съдържат липиди от три класа:

    Фосфолипиди;

    Гликолипиди;

    Холестерол.

Фосфолипидите (комбинация от мазнини и фосфор) и гликолипидите (комбинация от мазнини и въглехидрати) от своя страна се състоят от хидрофилна глава, от която се простират две дълги хидрофобни опашки. Но холестеролът понякога заема пространството между тези две опашки и не им позволява да се огъват, което прави мембраните на някои клетки твърди. В допълнение, молекулите на холестерола подреждат структурата на клетъчните мембрани и предотвратяват прехода на полярни молекули от една клетка в друга.

Но най -важният компонент, както можете да видите от предишния раздел за функциите на клетъчните мембрани, са протеините. Техният състав, предназначение и местоположение са много разнообразни, но има нещо общо, което ги обединява: пръстеновидните липиди винаги са разположени около протеините на клетъчните мембрани. Това са специални мазнини, които са ясно структурирани, стабилни, съдържат повече наситени мастни киселини и се освобождават от мембраните заедно с „спонсорираните“ протеини. Това е един вид лична защитна обвивка за протеини, без която те просто не биха работили.

Структурата на клетъчната мембрана е трипластова. В средата се намира сравнително хомогенен течен билипиден слой и катериците го покриват от двете страни като мозайка, частично проникваща в дебелината. Тоест, би било погрешно да се мисли, че външните протеинови слоеве на клетъчните мембрани са непрекъснати. Протеините, освен сложните си функции, са необходими в мембраната, за да преминат в клетките и да транспортират от тях тези вещества, които не са в състояние да проникнат в мастния слой. Например калиеви и натриеви йони. За тях са предвидени специални протеинови структури - йонни канали, които ще обсъдим по -подробно по -долу.

Ако погледнете клетъчната мембрана през микроскоп, можете да видите слой липиди, образуван от най -малките сферични молекули, по които плуват големи протеинови клетки, като в морето. различни форми... Точно същите мембрани разделят вътрешното пространство на всяка клетка на отделения, в които ядрото, хлоропластите и митохондриите са удобно разположени. Ако вътре в клетката нямаше отделни „помещения“, органелите щяха да се прилепват една към друга и нямаше да могат да изпълняват правилно функциите си.

Клетката е набор от органели, структурирани и разделени от мембрани, които участват в комплекс от енергийни, метаболитни, информационни и репродуктивни процеси, които осигуряват жизнената дейност на организма.

Както можете да видите от това определение, мембраната е най -важният функционален компонент на всяка клетка. Значението му е толкова голямо, колкото значението на ядрото, митохондриите и други клетъчни органели. А уникалните свойства на мембраната се дължат на нейната структура: тя се състои от два филма, залепени заедно по специален начин. Фосфолипидните молекули в мембраната са разположени с хидрофилни глави навън и хидрофобни опашки навътре. Следователно, едната страна на филма се намокря с вода, а другата не. Така че тези филми са свързани помежду си с ненамокрящи се страни навътре, образувайки билипиден слой, заобиколен от протеинови молекули. Това е самата "сандвич" структура на клетъчната мембрана.

Йонни канали на клетъчните мембрани

Нека разгледаме по -подробно принципа на действие на йонните канали. За какво са необходими? Факт е, че само мастноразтворимите вещества могат свободно да проникнат през липидната мембрана - това са газове, алкохоли и самите мазнини. Например, кислородът и въглеродният диоксид непрекъснато се обменят в червените кръвни клетки и за това тялото ни не трябва да прибягва до никакви допълнителни трикове. Но какво ще кажете, когато има нужда от транспортиране на водни разтвори като натриеви и калиеви соли през клетъчната мембрана?

Би било невъзможно да се проправи път за такива вещества в билипидния слой, тъй като дупките веднага биха се стегнали и залепнали заедно, такава е структурата на всяка мастна тъкан. Но природата, както винаги, намери изход от ситуацията и създаде специални протеинови транспортни структури.

Има два вида проводими протеини:

    Конвейери - полуинтегрални протеинови помпи;

    Каналообразувателите са интегрални протеини.

Протеините от първия тип са частично потопени в билипидния слой на клетъчната мембрана и гледат с глава и в присъствието на необходимото вещество започват да се държат като помпа: привличат молекулата и я изсмукват в клетката . А протеините от втория тип, интегрални, имат удължена форма и са разположени перпендикулярно на билипидния слой на клетъчната мембрана, прониквайки през него и през него. През тях, както и през тунели, веществата, които не могат да преминат през мазнините, се придвижват към и от клетката. Чрез йонните канали калиевите йони проникват в клетката и се натрупват в нея, а натриевите йони, напротив, се отстраняват навън. Има разлика в електрическите потенциали, която е толкова необходима за правилното функциониране на всички клетки в нашето тяло.

Най -важните изводи за структурата и функцията на клетъчните мембрани


Една теория винаги изглежда интересна и обещаваща, ако може да се използва добре на практика. Откриването на структурата и функциите на клетъчните мембрани на човешкото тяло позволи на учените да направят истински пробив в науката като цяло и в медицината в частност. Неслучайно се спряхме на йонните канали толкова подробно, защото именно тук се крие отговорът на един от най -важните въпроси на нашето време: защо хората все повече се разболяват от онкологията?

Ракът отнема около 17 милиона живота по света всяка година и е четвъртата най -честа причина за всички смъртни случаи. Според СЗО заболеваемостта от рак непрекъснато се увеличава и до края на 2020 г. може да достигне 25 милиона годишно.

Какво обяснява тази епидемия от рак и какво общо има функцията на клетъчните мембрани с нея? Ще кажете: причината е лошите условия на околната среда, неправилното хранене, лоши навиции тежка наследственост. И, разбира се, ще бъдете прави, но ако говорим за проблема по -подробно, тогава причината е подкисляването на човешкото тяло. Горните негативни фактори водят до нарушаване на клетъчните мембрани, инхибират дишането и храненето.

Там, където трябва да има плюс, се образува минус и клетката не може да функционира нормално. Но раковите клетки не се нуждаят нито от кислород, нито от алкална среда - те са в състояние да използват анаеробен тип хранене. Следователно, при условия на кислородно гладуване и извънмащабни нива на рН, здравите клетки мутират, желаейки да се адаптират заобикаляща средаи стават ракови клетки. Така човек се разболява от онкология. За да избегнете това, просто трябва да консумирате достатъчно количество чиста вода дневно и да се откажете от канцерогените в храната. Но като правило хората са добре запознати с вредните продукти и необходимостта от висококачествена вода и не правят нищо - надяват се, че неприятностите ще ги заобиколят.

Познавайки особеностите на структурата и функциите на клетъчните мембрани на различни клетки, лекарите могат да използват тази информация, за да осигурят целенасочени, целенасочени терапевтични ефекти върху организма. Много съвременни лекарстванавлизайки в тялото ни, те търсят правилната „мишена“, която може да бъде йонни канали, ензими, рецептори и биомаркери на клетъчните мембрани. Този метод на лечение ви позволява да постигнете по -добри резултати с минимални странични ефекти.

Антибиотиците от последно поколение, когато попаднат в кръвта, не убиват всички клетки подред, но търсят клетките на патогена, като се фокусират върху маркери в клетъчните му мембрани. Най-новите лекарства против мигрена, триптани, свиват само възпалените кръвоносни съдове на мозъка, почти без ефект върху сърцето и периферната кръвоносна система. И разпознават необходимите съдове именно по протеините на клетъчните си мембрани. Има много такива примери, така че е безопасно да се каже, че познанията за структурата и функциите на клетъчните мембрани стоят в основата на развитието на съвременната медицинска наука и спасяват милиони животи всяка година.


Образование:Московски медицински институт. И. М. Сеченов, специалност - „Обща медицина“ през 1991 г., през 1993 г. „Професионални болести“, през 1996 г. „Терапия“.